Proposition d`une méthodologie d`identification du - Infoterre

Proposition d’une méthodologie
d’identification du lien entre eau
souterraine et écosystèmes terrestres
Rapport final
BRGM/RP-61677-FR
Novembre 2012
Proposition d’une méthodologie
d’identification des liens entre eau
souterraine et écosystèmes terrestres
Rapport final
BRGM/RP-61677-FR
Novembre 2012
Étude réalisée dans le cadre des projets
de Service public du BRGM 2012
C. Auterives D. Allier, S. Pinson
Vérificateur :
Nom : L. Gourcy
Date :
04/12/2012
Signature :
Approbateur :
Nom : N. Dorfliger
Date :
11/12/2012
Signature :
En l’absence de signature, notamment pour les rapports diffusés en version numérique,
l’original signé est disponible aux Archives du BRGM.
Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2008.
Mots clés : Zone humide, Directive Cadre, Eau, Masse d’eau souterraine, Masse d’eau de surface,
Ecosystèmes terrestres
En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :
Auterives C., Allier D., Pinson S. (2012) – Proposition d’une méthodologie d’identification des liens eau
souterraine et écosystèmes terrestres. Rapport final. BRGM/RP-61677-FR, 85 p., 46 ill., 5 tabl.
© BRGM, 2012, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Synthèse
Les états de lieux de 2004 comme les plans de gestion hydrographiques rapportés par les
districts le 22 mars 2010 à la Commission Européenne ont mis en évidence des lacunes de
connaissance sur les liens entre masses d’eau souterraine et écosystèmes terrestres associés.
La Directive cadre sur l’Eau (DCE) demande en effet que pour chaque masse d’eau
souterraine, tout lien avec un écosystème terrestre soit identifié. A minima, la DCE (et les tables
du rapportage préparées par la Commission) demandent de voir si un lien potentiel existe et, si
possible, de déterminer si ce lien est dynamique ou non.
L’objectif de cette étude, réalisée dans le cadre des conventions 2011 et 2012 entre la DEB et
le BRGM dans le cadre de sa mission d’appui aux politiques publiques, est d’aider les districts
dans la préparation du prochain état des lieux en proposant une méthodologie d’identification
du lien entre masse d’eau souterraine et écosystèmes terrestres. Cette méthodologie
permettrait de compléter les tables du rapportage sans pour autant que ce travail ne remplace
l’expertise locale ou les travaux déjà menés. Elle a pour but (1) de répondre aux besoins des
agences de bassins sur la question des zones humides : Comment traiter le cas des zones
humides dans le cadre de la DCE ? Qu’est-ce qu’un écosystème terrestre ? Comment identifier
un écosystème terrestre dépendant des eaux souterraines ? Comment caractériser un lien
dynamique entre une masse d’eau souterraine et un écosystème terrestre ? Peut-on quantifier
ces relations ? (2) de contribuer à un pré-remplissage des futures bases de données du
rapportage là où les travaux sur cette question sont manquants, et (3) de contribuer à
hiérarchiser les situations en identifiant les besoins d’études locales ou d’acquisition de
données pour comprendre les relations entre eaux souterraines et zones humides.
Le document présente en premier lieu la difficulté de définir les zones humides et de
caractériser de tels écosystèmes où les paramètres sont intégrateurs. Une végétation
hygrophile témoigne d’une présence significative de l’eau. Les conditions réductrices du sol
témoignent d’un sol suffisamment longtemps gorgé d’eau alors qu’un niveau d’eau au-dessus
de la surface du sol ne traduit qu’une inondation et non pas la présence d’une zone humide. La
difficulté d’une telle définition transparait dans le texte de la DCE qui ne définit pas les zones
humides comme des masses d’eau mais y fait référence à travers différents articles. Une
typologie des zones humides dans le cadre de la DCE permet d’identifier les objectifs
environnementaux à atteindre en fonction de chaque type. Les zones humides peuvent être
décrites comme (1) des masses d’eau de surface ; (2) des zones intertidales, côtières ou
ripariennes de masses d’eau de surface ; (3) des écosystèmes terrestres dépendant des eaux
souterraines ; (4) de petits éléments de surface n’appartenant pas à des masses d’eau de
surface mais étant reliés à elles ; (5) des écosystèmes en dehors des zones intertidales mais
influençant la qualité et la quantité des eaux atteignant la surface ou encore (6) des zones
protégées de type habitats ou oiseaux du réseau Natura 2000. Chacune de ces typologies
n’étant pas exclusive, une zone humide peut appartenir à une ou plusieurs des catégories
décrites.
Dans sa gestion intégrée de l’eau, la DCE souligne l’importance de caractériser le lien entre
eau souterraine et eau de surface et, plus particulièrement, entre masse d’eau souterraine et
zones humides. Un chapitre est consacré aux interactions entre eau souterraine et zone
humide et montre la complexité de caractériser ces interactions. Nombreuses méthodes de
caractérisation des interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines existent mais
la plupart ne sont pas applicables à l’échelle du territoire national. Un chapitre fait une revue
bibliographique des méthodes qui ont été appliquées à l’échelle d’un territoire pour caractériser
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
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Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
le lien entre masse d’eau souterraine et écosystèmes et permettre d’identifier les écosystèmes
terrestres dépendants des eaux souterraines.
Pour identifier le lien « dynamique » entre une masse d’eau souterraine et un écosystème,
plusieurs approches méthodologiques ont été proposées :
 Une approche écologique basée sur l’identification d’espèces et d’habitats dépendants
des eaux souterraines ;
 Une approche typologique en identifiant les zones humides des nappes alluviales
connues pour avoir une forte interaction avec les eaux souterraines ;
 Une approche géologique en prenant en compte l’IDPR (indice de développement et de
persistance des réseaux) qui de façon indirecte caractérise la capacité intrinsèque des
formations du sous-sol à laisser infiltrer ou ruisseler les eaux de pluie et donc
l’interaction potentielle de la surface avec le souterrain ;
 Une approche hydrogéologique en utilisant des indicateurs comme la profondeur de la
surface libre de la nappe, la présence de sources souterraines ou de zones
d’affleurement de nappe.
Individuellement le renseignement apporté souvent ne permet pas de conclure mais la
combinaison des résultats permet de confirmer ou d’infirmer l’existence d’un lien dynamique
entre écosystème et masse d’eau souterraine et de caractériser l’importance de ce lien en
précisant une sensibilité élevée, moyenne ou faible de l’écosystème à une modification
quantitative ou qualitative des eaux souterraines. Et si tel n’était pas le cas, les sites en
question apparaissent prioritaires pour acquérir des données ou développer des études
localisées.
Parmi ces méthodes, 2 ont été retenues par le groupe national de travail « eau souterraine »
pour tester leur applicabilité. L’objectif était de voir quelle proportion de sites pouvait être
caractérisée par ces 2 approches et la pertinence des éléments de réponse apportés quant à
la question du lien avec les eaux souterraines. Les 2 méthodes retenues sont :
- l’approche écologique et,
- l’approche hydrogéologique prenant en compte la profondeur de la zone non saturée.
L’approche écologique a été appliquée aux sites Natura 2000 de type habitats mais n’est pas
applicable directement aux sites de type oiseaux. Les résultats obtenus sur les sites de type
habitats sont néanmoins transposables en fonction de leur correspondance géographique avec
un site de type oiseaux. Une autre limite dans l’application de l’approche écologique repose sur
l’inventaire des espèces et des habitats identifiés comme dépendants des eaux souterraines.
Cette liste a été établie dans un contexte géographique et climatique anglo-saxon et
nécessiterait d’être validée et adaptée au contexte géographique et climatique français. Enfin,
la difficulté majeure de cette approche porte sur l’intégration à l’échelle du site : A partir de quel
critère déclare-t-on un site comme ayant un lien avec les eaux souterraines ? La présence
d’une plante ? D’un invertébré ? D’un ou plusieurs habitats occupant quel pourcentage de
surface ? Avec quel degré de sensibilité ? Extrême ? Élevé ? Moyen ?
L’approche hydrogéologique s’applique à tous les sites Natura 2000, habitats et oiseaux. Les
limites d’application de cette approche sont liées à la résolution spatiale (100 m x 100 m) de la
cartographie de la profondeur de la surface libre à l’échelle nationale. Les sites de petite taille
ne peuvent donc pas être caractérisés et l’incertitude des résultats obtenus sera d’autant plus
grande que le site sera petit. La méthode n’est pas non plus applicable pour les sites délimités
en mer compte tenu que la zone non saturée n’est définie que dans le domaine continental.
Deux approches ont alors été proposées et appliquées : (1) une approche statistique simple qui
quantifie moyenne et médiane à l’échelle du site et (2) une approche par classe de profondeur
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BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
qui prend en compte la répartition spatiale de la profondeur de la zone non saturée à l’échelle
du site en quantifiant le pourcentage de surface occupée par des classes de profondeur
préalablement définies. Dans les 2 approches, les classes de profondeur utilisées sont
identiques : (1) inférieure à 2m ; (2) entre 2 et 5m ; (3) entre 5 et 10m ; (4) entre 10 et 15m ; (5)
supérieure à 15m. La difficulté là encore porte sur l’interprétation à l’échelle du site. Lorsque les
résultats convergent vers une profondeur de la surface libre moyenne et médiane inférieure à
2m avec une seule classe identifiée également inférieure à 2m, on pourrait conclure à
l’existence d’un lien potentiel du site avec les eaux souterraines. Dans le cas où la profondeur
de la surface libre est supérieure à 15m quelle que soit l’approche utilisée, l’absence de lien
semble convaincante. La question se pose pour tous les autres résultats intermédiaires entre
ces deux situations extrêmes.
La comparaison des approches écologiques et hydrogéologique a montré que les résultats
convergent pour 534 sur 1753 Natura 2000 (soit 30% des sites Natura 2000 répertoriés). Parmi
les sites où les résultats apparaissent divergents, nombre d’entre eux demandent à être étudié
au cas par cas. A l’issue de ce travail, il apparait que près de 40% des sites Natura 2000
pourraient être caractérisés et sous réserve de définir des critères d’intégration à l’échelle du
site, une conclusion sur le lien entre écosystème terrestre et eau souterraine pourrait être
prononcée sur la base des informations disponibles sans investigation complémentaire ou autre
acquisition de données. 385 sites n’ont été caractérisés que par une seule approche et
seulement 8 par aucune des 2.
Ce travail permettrait donc un pré-remplissage des tables du rapportage sur la question du lien
entre écosystème terrestre et eau souterraine pour près de 40% des sites Natura 2000. Ces
résultats demandent à être confrontés avec des expertises locales. Des investigations
complémentaires et d’autres approches méthodologiques demandent à être développées pour
le reste des sites. En effet, ce travail s’est focalisé sur les écosystèmes terrestres de type
Natura 2000 et il est nécessaire de répondre à la question des liens pour tous les écosystèmes
terrestres qui ne sont pas identifiés comme des sites Natura 2000 et qui peuvent dépendre des
eaux souterraines : la question étant comment les identifier ?
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
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Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Sommaire
1. Contexte et objectif de l’étude .............................................................................. 13
2. Les zones humides dans le cadre de la DCE ...................................................... 17
2.1. LES ZONES HUMIDES… ................................................................................ 17
2.2. … DANS LE CADRE DE LA DCE .................................................................... 19
2.3. LA NOTION D’ECOSYSTEME TERRESTRE .................................................. 25
2.4. PRIORITE DES SITES NATURA 2000 ............................................................ 26
2.5. LOCALISATION… ........................................................................................... 27
2.5.1. … des zones humides ............................................................................ 27
2.5.2. … des zones Natura 2000 ...................................................................... 29
3. Interactions eau souterraine – zone humide ....................................................... 32
3.1. INTERACTION AVEC LES EAUX SOUTERRAINES ....................................... 32
3.2. IDENTIFIER LES ECOSYSTEMES TERRESTRES DEPENDANTS DES EAUX
SOUTERRAINES............................................................................................. 39
3.3. LIEN AVEC LES EAUX SOUTERRAINES ....................................................... 43
3.3.1. Lien fonctionnel ou géographique ? ........................................................ 43
3.3.2. Lien géographique .................................................................................. 44
4. Propositions méthodologiques d’identification du lien dynamique zone
humide – masse d’eau souterraine ..................................................................... 46
4.1. APPROCHE ECOLOGIQUE : DES HABITATS ET/OU ESPECES
DEPENDANTS DES EAUX SOUTERRAINES ................................................. 46
4.2. APPROCHE BASEE SUR LES INTERACTIONS AVEC LES EAUX DE
SURFACE........................................................................................................ 49
4.2.1. Nappes alluviales .................................................................................... 49
4.2.2. Zone intertidale, côtière ou riparienne ..................................................... 50
4.3. APPROCHE GEOLOGIQUE : CARTOGRAPHIE DE L’IDPR........................... 51
4.4. APPROCHE HYDROGEOLOGIQUE ............................................................... 53
4.4.1. Sources d’eau souterraine ...................................................................... 53
4.4.2. Affleurement de nappe............................................................................ 54
4.4.3. Profondeur moyenne de la surface libre.................................................. 56
5. Applications ........................................................................................................... 60
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
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Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
5.1. APPROCHE ECOLOGIQUE............................................................................ 60
5.2. APPROCHE HYDROGEOLOGIQUE............................................................... 67
5.3. COMPARAISON DES APPROCHES : ECOLOGIQUE ET
HYDROGEOLOGIQUE ................................................................................... 76
5.3.1. Comparaison des résultats ..................................................................... 76
5.3.2. Limite de l’approche écologique ............................................................. 79
5.3.3. Limite de l’approche hydrogéologique .................................................... 79
6. Conclusion ............................................................................................................ 81
7. Bibliographie ......................................................................................................... 83
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BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Abréviations
DCE Directive Cadre Eau
DREAL Direction Régionale de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement
ESO Eau souterraine
ESU Eau de surface
IDPR Indice de Développement et de Persistance des Réseaux
MEEDDAT Ministère de l'Ecologie, de l'Energie, du Développement Durable et de
l'Aménagement du Territoire
MESO Masse d’eau souterraine
MESU Masse d’eau de surface
ONZH Observatoire National des Zones Humides
SIC Site d’intérêt communautaire
SIG Système d’information géographique
SOeS Service de l’Observation et des Statistiques
ZICO Zone d’importance pour la Conservation des Oiseaux
ZSC Zones Spéciales de Conservation
ZNIEFF Zones Naturelles d'Intérêt Ecologique Faunistique et Floristique
ZPS Zone de protection spéciale
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Liste des illustrations
Illustration 1 : Masses d’eau pour lesquelles des zones protégées de type habitats et/ou oiseaux
(réseau Natura 2000) ont été déclarées lors du précédent rapportage (mars 2010).
........................................................................................................................... 14
Illustration 2 : Type d’association identifié entre masses d’eau souterraine et zones protégées de
type habitats et/ou oiseaux ................................................................................ 15
Illustration 3 : Cartographie des sites Ramsar ............................................................................ 18
Illustration 4 : Extrait de la DCE, article 1er ................................................................................. 19
Illustration 5 : L’estuaire du Blavet (Lorient, Bretagne), milieu humide correspondant à la masse
d’eau de surface de type masse d’eau de transition FRGT20 .......................... 21
Illustration 6 : L’étang de St Quentin (Yvelines) est un lac dont le milieu à composante humide
intègre la MESU lac (FRHL14) et la zone intertidale associée à ce lac. ........... 22
Illustration 7 : Typologie des écosystèmes de zones humides pertinente pour l’atteinte des objectifs
de la DCE. .......................................................................................................... 23
Illustration 8 : Description des zones humides dans le cadre de la DCE (modifié d’après WFD CIS
Guidance document N°12, 2003) ...................................................................... 24
Illustration 9 : Milieux à composante humide (source : CGDD /SoeS - MNHN. Version 2, mai 2009)
........................................................................................................................... 28
Illustration 10 : Cartographie des sites Natura 2000, directive Habitats : 1369 SIC ................... 30
Illustration 11 : Cartographie des sites Natura 2000, directive Oiseaux : 384 ZPS .................... 31
Illustration 12 : Tourbière ombrogène (Manneville, 2006) ........................................................... 32
Illustration 13 : Coupe transversale géologique, lacs de Breckland Meres, Angleterre (Acreman et
Miller, 2007) ....................................................................................................... 33
Illustration 14 : Flux ascendants (A) : la charge hydraulique de l’aquifère sous-jacent est supérieure
au niveau de l’eau dans la zone humide ; flux descendants (B) : le niveau d’eau
dans la zone humide est supérieur à la charge hydraulique mesurée dans l’aquifère
sous-jacent ......................................................................................................... 34
Illustration 15 : 4 types hydrologiques majeures des zones humides dans le Wisconsin (Novitzki,
1979). a) eau de surface dans une dépression ; b) eau souterraine dans une
dépression ; c) eau souterraine dans une pente ; d) eau de surface dans une pente
........................................................................................................................... 35
Illustration 16 : Classification hydrogéologique de Gilvear et al. (1989). 7 classe décrivent l’origine
des eaux dans des tourbières de l’est de l’Angleterre. ...................................... 36
Illustration 17 : Zones humides et transfert d’eau. P = Précipitation, E = Evapotranspiration, R =
Ruissellement, L = flux latéral entrant, D = Flux latéral sortant, OB = Eau de
débordement, OF = Ecoulement sortant, PU = Pompage, TI/TO = Flux de marée
entrant (TI) ou sortant (TO), S = source, GD/GR = Décharge (GD) ou Recharge
(GR) d’eau souterraine, GS = Apport par infiltration d’eau souterraine. ............ 37
Illustration 18 : Coupe géologique de l’aquifère de Lessay surmonté d’une couche d’argile et d’une
courverture tourbeuse holocène dans les marais du Cotentin (Tortrat, 2001 ;
Auterives, 2006) ................................................................................................. 38
Illustration 19 : Interactions potentielles des eaux souterraines avec les rivières, les lacs et les
écosystèmes terrestres basées sur la géologie sous-jacente (Macdonald et al.,
2005a) ................................................................................................................ 41
Illustration 20 : Extrait des résultats de l’identification des sites Natura 2000 comme des
écosystèmes terrestres dépendants en ireland du Nord (Macdonald et al., 2005b)
........................................................................................................................... 42
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Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 21 : Méthode de classification des écosytèmes comme dépendants des eaux
souterraines et requiérant une évaluation du risque (UKTAG, 2004). (GWDTE =
ecosystèmes terrestres dépendants des eaux souterraines) ............................ 42
Illustration 22 : Lien géographique entre masse d’eau souterraine et zone protégée ................ 44
Illustration 23 : Surface moyenne des masses d’eau souterraine des Etats Membres (Kanakoudis et
Tsitsifli, 2010) ..................................................................................................... 45
Illustration 24 : Ecosystèmes de surface et écosystèmes terrestres directement dépendants des
eaux souterraines. ** fen = alimentée par des eaux souterraines ..................... 47
Illustration 25 : Espèces Natura 2000 dépendantes des eaux souterraines ............................... 47
Illustration 26 : Sensibilité globale des Habitats Natura 2000 identifiés comme dépendants des eaux
souterraines ....................................................................................................... 48
Illustration 27 : Schéma de nappe alluviale (Daum et al. 1997) .................................................. 49
Illustration 28 : Zone hyporhéique, riparienne et alluviale (Environement Agency, 2005 dans Vernoux
et al. 2010) ......................................................................................................... 50
Illustration 29 : Schéma pour la recherche des sections transverses dans les axes de drainage51
Illustration 30 : Exemple de recherche des sections transverses dans les axes de drainage .... 51
Illustration 31 : Cartographie du calcul de l’IDPR en France métropolitaine (2007). En rouge sont
indiquées les zones les plus infiltrantes et en vert les zones les plus ruisselantes
........................................................................................................................... 52
Illustration 32 : Cartographie de 18252 sources captées en France et répertoriées dans ADES54
Illustration 33 : Carte de sensibilité aux remontées de nappe (Allier et al. 2011) ....................... 55
Illustration 34 : Carte du niveau moyen des nappes réalisée à partir de l'ensemble des données
ponctuelles (Allier et al. 2011) ........................................................................... 57
Illustration 35 : Carte du battement réalisé à partir de l'ensemble des données ponctuelles (Allier et
al. 2011) ............................................................................................................. 58
Illustration 36 : Extrait de la table résultats de l’approche écologique ........................................ 61
Illustration 37 : Cartographie du Massif de Fontainebleau du site Natura 2000 Habitat et Oiseau dont
les limites sont communes ................................................................................. 64
Illustration 38 : Cartographie du Causse du Larzac du site Natura 2000 Habitats et Oiseaux dont les
limites sont communes ...................................................................................... 64
Illustration 39 : Cartographie du marais du Pagny-sur-Meuse dont la différence entre le site Natura
2000 Habitats et Oiseaux ne dépasse pas 1% .................................................. 65
Illustration 40 : Cartographie du Plateau de Leucate dont la différence entre le site Natura 2000
Habitats et Oiseaux ne dépasse pas 1% ........................................................... 65
Illustration 41 : Cartographie de la Sologne, site Natura 2000 Habitats et de l’étang de Sologne, site
Natura 2000 Oiseaux ......................................................................................... 66
Illustration 42 : Cartographie du site ZPS de Bassigny auquel se juxtaposent les sites habitats Bois
de Serquex et Forêt d’Harreville-les-Chanteurs ................................................ 66
Illustration 43 : Carte de la profondeur de la zone non saturée en France métropolitaine (Allier et al.
2011) .................................................................................................................. 68
Illustration 44 : Délimitation du site Habitat du « bois de la côte de Nogent-en-Bassigny »
(FR2100325) par rapport à la grille de résolution 100m X 100m de la profondeur de
la ZNS ................................................................................................................ 73
Illustration 45 : Délimitation du site Habitat du « Val Eglantier » (FR2300147) par rapport à la grille
de résolution 100m X 100m de la profondeur de la ZNS .................................. 73
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
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Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 46 : Site Natura 2000 du Guisseny (Habitat FR5300043) est délimité à cheval sur le
continent là où la profondeur de la zone non saturée est déterminée (en bleu) et le
milieu marin (en blanc) ....................................................................................... 74
Liste des tableaux
Tableau 1 : Répartition des sites Natura 2000 entre les différents districst hydrographiques en
fonction de l’identification d’une espèce ou d’un habitat dépendant des eaux
souterraines ....................................................................................................... 63
Tableau 2 : Nombre de sites habitats identifiés par classe de profondeur en fonction de la moyenne
et de la médiane de la profondeur de la zone non saturée ............................... 69
Tableau 3 : Nombre de sites oiseaux identifiés par classe de profondeur en fonction de la moyenne
et de la médiane de la profondeur de la zone non saturée ............................... 70
Tableau 4 : Répartition des ZPS en fonction du nombre de classes dites représentatives (c’est-àdire occupant au moins 5% de la surface totale du site) et de la classe dite
dominante (c’est-à-dire occupant la plus grande superficie à l’échelle du site) 71
Tableau 5 : Répartition des SIC en fonction du nombre de classes dites représentatives (c’est-à-dire
occupant au moins 5% de la surface totale du site) et de la classe dite dominante
(c’est-à-dire occupant la plus grande superficie à l’échelle du site) .................. 71
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BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
1. Contexte et objectif de l’étude
La directive 2000/60/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 octobre 2000
établit un cadre pour une politique communautaire dans le domaine de l'eau,
communément appelée directive cadre sur l'eau (DCE). Elle fixe à l’échelle de la
masse d’eau, unité de gestion hydrographique (eau de surface) ou hydrogéologique
(eau souterraine), des objectifs environnementaux et des échéances pour les atteindre.
Les zones humides, à l’interface entre eau souterraine et eau de surface, entre milieu
terrestre et milieu aquatique, ne sont pas explicitement mentionnées dans la DCE ni
même définies en tant que masse d’eau. Et pourtant, elles sont des acteurs essentiels
du cycle de l’eau. Elles remplissent diverses fonctions leur conférant des valeurs
biologiques, hydrologiques, économiques et sociologiques remarquables :
 des fonctions hydrologiques avec le stockage d’eaux de surface, l’écrêtement
des crues, le soutien d’étiage à plus ou moins long terme et la recharge de
nappe ;
 des fonctions biogéochimiques avec une capacité naturelle d’auto-épuration
des eaux : les zones humides jouent le rôle de filtres qui retiennent et
transforment les polluants organiques (dénitrification) ainsi que les métaux
lourds dans certains cas ;
 des fonctions écologiques dans la biodiversité de la faune et de la flore : à
l’interface entre milieu terrestre et milieu aquatique, elles constituent des
habitats de choix pour de nombreuses espèces animales et végétales.
Ces milieux humides sont riches d’une biodiversité particulière et fragile. Certaines
espèces qui s’y trouvent ont des exigences physiologiques strictes, liées au climat, au
rythme de submersion, à la qualité des eaux (salinité), à la qualité des sédiments, etc.
Aussi la moindre variation de ces facteurs écologiques peut affecter le groupement
d’origine et laisser la place à un autre mieux adapté (Mauvais, 1999). Leurs fonctions
hydrologiques, écologiques et biogéochimiques confèrent à ces écosystèmes une
importance qui n’est plus à démontrer. Ces fonctions peuvent influencer
significativement la qualité des eaux de surface et/ou des eaux souterraines avec
lesquelles elles sont en relation. Dans sa gestion intégrée de l’eau, la DCE, même si
les zones humides ne sont pas définies en tant que masse d’eau, impose de prendre
en compte de tels écosystèmes et d’atteindre des objectifs environnementaux
dépendants des interconnexions existant entre zone humide et masse d’eau
souterraine et/ou de surface.
Dans le cadre de la DCE et du rapportage à l’Europe, la prise en compte de ces liens
entre écosystèmes terrestres, eaux de surface et eaux souterraines est difficile compte
tenu des lacunes de connaissances. Le dernier rapportage (mars 2010) et plus
particulièrement le faible remplissage des tables sur cette question illustrent bien cet
état de fait. A titre d’exemple, le lien entre masse d’eau souterraine et écosystème
terrestre est peu ou pas renseigné. Plusieurs districts hydrographiques ne donnent
aucun renseignement sur le sujet (Adour-Garonne, Loire-Bretagne, Guadeloupe,
Martinique, Guyane, La Réunion). Certaines zones humides entrent dans le registre
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
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Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
des zones protégées de type habitats ou oiseaux du réseau Natura 2000. Le lien
géographique ou dynamique entre les zones protégées et les masses d’eau
souterraine doit être renseigné. Un seul district a été jusqu’à préciser l’existence d’un
lien dynamique entre la masse d’eau et la zone protégée (Rhône-Méditerranée-Corse),
la plupart ne renseigne que sur l’existence du seul lien géographique, d’autres encore
n’ont pas fait d’inventaire des zones protégées de type habitats/oiseaux bien que des
sites Natura 2000 soient présents et donc le lien n’a tout simplement pas été établi
(Illustration 1, Illustration 2). Il n’y a pas de sites Natura 2000 dans les départements
d’outre-mer, ce qui explique qu’il n’y ait pas eu de rapportage sur les zones protégées
de type Habitats ou Oiseaux (Illustration 1) ni sur leur lien avec la masse d’eau
souterraine (Illustration 2).
Illustration 1 : Masses d’eau pour lesquelles des zones protégées de type habitats et/ou
oiseaux (réseau Natura 2000) ont été déclarées lors du précédent rapportage (mars 2010).
14
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 2 : Type d’association identifié entre masses d’eau souterraine et zones protégées
de type habitats et/ou oiseaux
Dans le but d’aider les agences de bassin dans la préparation du prochain état des
lieux de 2013, ce projet a pour objectifs :
1) de donner un cadre aux zones humides dans le contexte de la DCE et de
proposer une typologie en fonction des objectifs environnementaux de la DCE ;
2) de tester la possibilité d’identifier le lien dynamique entre zone humide et eau
souterraine avec des approches globales applicables à l’échelle nationale.
Les méthodologies proposées ont pour but de fournir des outils et des indicateurs
permettant d’évaluer ce lien dynamique ou non afin de conduire à un pré-remplissage
des futures bases de données du rapportage. En aucun cas ces méthodes ne
remplaceront les connaissances et l’expertise locale. Elles pourront permettre
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
15
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
d’identifier l’existence ou non d’un lien mais il est évident que l’ensemble des zones
humides ne pourra être traité de cette manière et que pour certaines zones humides
l’expertise locale sera indispensable.
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BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
2. Les zones humides dans le cadre de la DCE
2.1. LES ZONES HUMIDES
Les zones humides sont des écosystèmes hydrologiquement complexes qui se
développent le long d’un gradient hydrologique entre habitat terrestre et habitat
aquatique (WFD CIS Guidance document N°12, 2003). L’eau y est un facteur
déterminant pour créer des conditions de saturation du sol et permettre l’existence de
conditions d’oxydo-réduction typiques des zones humides et l’installation d’une
végétation hygrophile. Intermédiaire entre eaux de surface (lorsque la surface libre est
au-dessus du sol) et eaux souterraines (lorsque la nappe est souterraine et proche de
la surface ou dans la zone racinaire), les fluctuations de ces conditions font que le
terme de zone humide recouvre une grande variété de situations et de
caractéristiques.
Les zones humides comprennent des habitats très différents parmi lesquels des
étangs, des mares, des marécages et des tourbières. Ce sont des espaces où la terre
et l’eau se rejoignent et sont humides sur une part significative de l’année du point de
vue écologique. Les zones humides peuvent être temporairement inondées chaque
jour comme par exemple à la faveur de marées (marais salants), ou bien être remplies
de manière saisonnière. Les plantes et les animaux présents dans les zones humides
appartiennent aussi bien au milieu terrestre qu’au milieu aquatique si bien que ces
habitats sont des environnements très productifs. Les zones humides fonctionnent
comme des écotones (c’est à dire des frontières sensibles d’interaction entre des
écosystèmes différents) et ont acquis les caractéristiques des deux types
d’écosystèmes, aquatiques et terrestres.
La difficulté d’une définition des zones humides porte sur le fait qu’il n’y ait pas de
paramètre physique constant dans le temps. Les paramètres définissant les zones
humides sont des paramètres intégrateurs, un niveau d’eau supérieur à la surface du
sol ne témoigne que d’une inondation et ne suffit pas à définir un milieu humide. L’eau
doit rester suffisamment longtemps pour que des conditions d’oxydo-réduction
s’instaurent et confèrent des propriétés épuratrices à l’écosystème ou encore pour
qu’une végétation hygrophile puisse s’installer (Oberti, 2003).
La convention Ramsar relative aux milieux humides d’importance internationale
comme habitat des oiseaux d’eau donne pour la première fois une définition juridique
des zones humides : « étendues de marais, de fagnes, de tourbières ou d’eaux
naturelles ou artificielles, permanentes ou temporaires, où l’eau est stagnante ou
courante, douce, saumâtre ou salée, y compris des étendues d’eau marine dont la
profondeur à marée basse n’excède pas six mètres ». Cette définition relativement
large et peu précise a pour caractéristique commune que les zones Ramsar sont
localisées sur un substrat au moins occasionnellement couvert ou saturé d’eau (Oberti
et al. 2003). La France liste 42 sites d’importance internationale pour les zones
humides dits sites Ramsar (Illustration 3) dont :
-
32 en France métropolitaine
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
17
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
-
6 dans les DOM (Guadeloupe, Martinique, Mayotte et Guyane)
4 en France d’outre-mer (Terres australes et antarctiques françaises, SaintMartin, Polynésie française)
Illustration 3 : Cartographie des sites Ramsar
En France, à la demande du Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable et de
l’Energie (MEDDE), le muséum d’histoire naturelle propose, après validation par une
communauté d’experts, une définition scientifique et une définition juridique des zones
humides (Cizel, 2010) :
— définition scientifique : « Les zones humides se caractérisent par la
présence, permanente ou temporaire, en surface ou à faible profondeur dans le sol,
d’eau disponible douce, saumâtre ou salée. Souvent en position d’interface, de
18
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
transition, entre milieux terrestres et milieux aquatiques proprement dits, elles se
distinguent par une faible profondeur d’eau, des sols hydromorphes ou non évolués,
et/ou une végétation dominante composée de plantes hygrophiles au moins pendant
une partie de l’année. Enfin, elles nourrissent et/ou abritent de façon continue ou
momentanée des espèces animales inféodées à ces espaces ».
— définition juridique : « Les zones humides sont des terrains, exploités ou
non, habituellement inondés ou gorgés d’eau douce, salée ou saumâtre de façon
permanente ou temporaire. La végétation, quand elle existe, est dominée par des
plantes hygrophiles pendant au moins une partie de l’année. En sont exclues les
grandes étendues d’eau libre et les zones habituellement parcourues par l’eau
courante ». Les cours d’eau et les grands plans d’eau (y compris les lagunes) étaient
ainsi clairement exclus de la définition des zones humides.
La France promulgue la loi sur l’eau en 1992 et adopte la définition juridique à
quelques nuances près (article 2) et sera codifiée à l’article L. 211-1 du Code de
l’environnement :
« Les zones humides sont des terrains, exploités ou non, habituellement
inondés ou gorgés d’eau douce, salée ou saumâtre de façon permanente ou
temporaire. La végétation, quand elle existe, est dominée par des plantes
hygrophiles pendant au moins une partie de l’année »
2.2. DANS LE CADRE DE LA DCE
La DCE prône une gestion intégrée des hydrosystèmes et de la ressource en eau à
l’échelle du bassin versant.
Illustration 4 : Extrait de la DCE, article 1er
L’article 1er donne explicitement des objectifs de prévention, de préservation et
d’amélioration de l’état des écosystèmes aquatiques, des écosystèmes terrestres et
des zones humides qui en dépendent directement. L’unité de gestion et
d’évaluation pour laquelle des objectifs environnementaux sont définis dans le cadre
de la DCE (article 4) est la masse d’eau : unité hydrographique pour les eaux de
surface et unité hydrogéologique pour les eaux souterraines. Les écosystèmes
aquatiques que sont les lacs, les étangs, les cours d’eau (eaux de surface) ou encore
les estuaires (eaux de transition) sont définis comme des masses d’eau de surface
(MESU). Les nappes souterraines sont des écosystèmes aquatiques d’eau souterraine
et sont définies comme des masses d’eau souterraine (MESO). Dans le cadre de la
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
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Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
DCE, les zones humides, à l’intermédiaire entre eaux de surface et eaux souterraines
et à l’interface entre milieu terrestre et milieu aquatique ne sont pas décrites en tant
que masses d’eau. Cependant la directive porte une attention particulière aux relations
entre les éléments du réseau hydrologique et à ce titre prend en compte les
écosystèmes particuliers que constituent les zones humides qui font partie d’un
continuum hydrologique entre le milieu terrestre et le milieu aquatique.
La question qui se pose « Comment traiter le cas des zones humides en vue du
prochain état des lieux compte tenu que ces zones humides ne sont pas définies
comme des masses d’eau au titre de la DCE ? ».
Typologie DCE
Dans le cadre de la DCE, les zones humides peuvent être décrites à travers 5 statuts
pour lesquels des objectifs de qualité sont définis (Maltby et al. 2003) :
1) Les rivières, lacs, estuaires, peuvent constituer des zones humides et être
décrites à proprement parlé comme des masses d’eau de surface (Illustration
5). Il peut s’agir de mosaïques d’eau de surface, inondées temporairement ou
de façon permanente, ou seulement imprégnées d’eau comme des plaines
marécageuses ou des plaines d’inondations (DCE, article 2.10). Ces zones
humides doivent alors répondre aux objectifs environnementaux des eaux de
surface.
20
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 5 : L’estuaire du Blavet (Lorient, Bretagne), milieu humide correspondant à la masse
d’eau de surface de type masse d’eau de transition FRGT20
2) Les zones intertidales, côtières ou ripariennes de lacs, de rivières, de
masses d’eau côtière ou de masses d’eau de transition peuvent être des zones
humides (Illustration 6). Les obligations sont alors de protéger, d’améliorer et de
restaurer les zones humides dans le but d’atteindre le bon état (ou le bon
potentiel) écologique, le bon état chimique des eaux de surface ou d’autres
objectifs moins strictes (article 4.1 et 4.5).
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
21
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 6 : L’étang de St Quentin (Yvelines) est un lac dont le milieu à composante humide
intègre la MESU lac (FRHL14) et la zone intertidale associée à ce lac.
3) Pour atteindre le bon état, une masse d’eau souterraine doit fournir de l’eau en
quantité et qualité suffisante pour satisfaire les besoins des écosystèmes
terrestres dépendants des eaux souterraines associés à cette masse d’eau
(DCE, annexe V.2.1.2, V.2.3.2). Les altérations anthropiques des niveaux, des
flux ou de la qualité des eaux souterraines ne doivent pas provoquer des
dommages significatifs sur les écosystèmes terrestres dépendants des eaux
souterraines (DCE, annexe II) (UKTAG, 2007 ; WFD CIS Guidance document
N°12. 2003). Les zones humides en lien avec les eaux souterraines peuvent
influencer ou être influencées par ces eaux, elles sont alors décrites, dans le
cadre de la DCE, comme des écosystèmes terrestres dépendant des eaux
souterraines. La notion d’écosystème terrestre est discutée ci-après dans le
paragraphe 2.3.
4) Certaines zones humides ne font pas partie d’une masse d’eau de surface,
elles sont en dehors de la zone riparienne, intertidale ou côtière de la masse
d’eau de surface mais, par des connections hydrologiques, sont reliées à une
masse d’eau de surface ou souterraine et peuvent alors influencer la qualité
chimique/écologique et/ou la quantité des eaux de l’une ou l’autre des masses
d’eau (DCE, article 2.1, 2.10).
22
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
5) Certaines zones humides sont de petits éléments reliés à des eaux de
surface mais ne sont pas définis comme tout ou partie d’une masse d’eau de
surface.
Cinq typologies de zones humides sont alors définies dans le cadre de la DCE : (1)
masses d’eau de surface, (2) zones intertidales, ripariennes ou côtières de masses
d’eau de surface, (3) écosystèmes terrestres dépendants de masses d’eau
souterraine, (4) éléments situées en dehors d’une zone intertidale, côtière ou
riparienne d’une masse d’eau de surface mais influençant significativement la qualité
et/ou la quantité des eaux de surface, et (5) de petits éléments connectés à une masse
d’eau de surface (Illustration 7).
Illustration 7 : Typologie des écosystèmes de zones humides pertinente pour l’atteinte des
objectifs de la DCE.
Le réseau Natura 2000
Le registre des zones protégées prévu à l’article 6 de la DCE comprend 5 types de
zones protégées dont les zones de protection des habitats et des espèces
correspondant aux sites Natura 2000 pertinents désignés dans le cadre de la directive
habitats 92/43/CEE et de la directive oiseaux 79/409/CEE (DCE, annexe IV).
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
23
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Le réseau Natura 2000, initié par l’Union Européenne, est un réseau de sites naturels
ou semi-naturels reconnus pour leur grande valeur patrimoniale et qui vise à préserver
les habitats et les espèces naturelles animales et végétales. Il reconnait et protège les
sites d’importance pour les oiseaux (directive oiseaux) et les habitats et les espèces –
insectes, poissons, amphibiens, reptiles, mammifères (directive habitat) – parmi
lesquels on compte les habitats et les espèces des milieux humides. Nombreuses
zones humides en France appartiennent au réseau Natura 2000 dont le cadre
statutaire vient se surimposer à la typologie des zones humides décrites
précédemment.
A la typologie établie précédemment, les zones protégées de type habitats/oiseaux
s’ajoutent, plus précisément se superposent. Des zones humides peuvent constituer
tout ou partie d’un site Natura 2000 et entrer dans le registre des zones protégées
(DCE, article 6). Ces zones humides dépendent alors de mesures appropriées pour
protéger, améliorer ou restaurer les habitats ou espèces tributaires de l’eau (DCE,
article 4.1.c) (UKTAG, 2007).
Illustration 8 : Description des zones humides dans le cadre de la DCE (modifié d’après WFD
CIS Guidance document N°12, 2003)
Les zones humides peuvent être décrites selon les 5 catégories DCE décrites
précédemment (Illustration 8) et peuvent appartenir au réseau Natura 2000. Elles
seront alors décrites dans le registre des zones protégées de type habitats et/ou
oiseaux. Il est important de repréciser que tous les sites Natura 2000 ne sont pas des
zones humides et que toutes les zones humides ne sont pas des sites Natura 2000.
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BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Dans le cadre de la DCE, les zones humides peuvent donc être décrites comme
(Illustration 7) :
 des masses d’eau de surface ;
 des zones intertidales, côtières ou ripariennes de masses d’eau de surface ;
 des écosystèmes terrestres dépendant des eaux souterraines ;
 de petits éléments de surface n’appartenant pas à des masses d’eau de
surface mais étant reliés à elles ;
 des écosystèmes en dehors des zones intertidales mais influençant la qualité et
la quantité des eaux atteignant la surface ;
 des zones protégées de type habitats ou oiseaux.
Cette typologie n’est pas exclusive : une zone humide peut être un site Natura 2000 et
un écosystème terrestre dépendant des eaux souterraines ou associée à une masse
d’eau de surface. A l’issue de cette analyse, il apparait qu’une zone humide de type
ombrotrophe, c’est-à-dire uniquement alimentée par des eaux météoriques et isolée de
son environnement, n’interagit ni avec les eaux souterraines, ni avec les eaux de
surface. Elle n’est pas reliée à une masse d’eau de surface. Elle n’est alors pas décrite
dans une des 5 catégories DCE illustrées précédemment. Si elle n’appartient pas au
réseau Natura 2000, alors cette zone humide n’entre pas dans les objectifs
environnementaux de la DCE et ne doit pas être rapportée à l’Europe comme cela
pourrait être le cas pour des petites tourbières ombrotrophes de montagne.
2.3. LA NOTION D’ECOSYSTEME TERRESTRE
Un écosystème est un ensemble structuré formé par une association ou communauté
d’êtres vivants (espèces animales ou végétales), la biocénose, en interaction avec le
milieu dans lequel ils évoluent (environnement physique et chimique), le biotope.
Ce terme a été utilisé pour la première fois en 1935 dans « the use and abuse of
vegetational concepts and terms » où Tansley (1935) définit l’écosystème comme
l’unité de base de la nature où les organismes vivants et les facteurs inorganiques
(milieu physique et chimique) interagissent dans un équilibre dynamique relativement
stable. La nécromasse y est explicitement intégrée en 2004 par le rapport de
l’évaluation des écosystèmes pour le millénaire (Millenium Ecosystem Assessment,
2005).
La notion d’écosystème est multi-scalaire, c’est-à-dire multi-échelle. Elle peut
s’appliquer à de très petites unités comme une mare ou alors à très grande échelle
comme la Terre. Un écosystème peut se définir en fonction de la végétation, d’une
espèce animale, d’un relief ou encore en référence à un biotope. La difficulté de cette
notion théorique est de donner des contours bien définis à ces écosystèmes.
Le fait que les zones humides soient des écosystèmes apparait clairement mais la
notion d’écosystème « terrestre » reste ambigüe. L’adjectif terrestre est précisé pour
faire opposition aux écosystèmes aquatiques qui peuvent être constitués d’eau douce
ou d’eau salée et peuvent faire référence aux lacs, étangs, cours d'eau, nappes
souterraines, estuaires mais aussi aux zones inondables ou humides tels que les
marais et tourbières (WFD CIS Guidance document N°12, 2003). Les écosystèmes
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
25
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
terrestres ne seraient donc pas principalement constitués d’eau. Par exemple, une
forêt est un écosystème terrestre. Pour déterminer s’il s’agit d’un écosystème terrestre
dépendant des eaux souterraines, il est nécessaire d’identifier l’origine des eaux
venant alimenter cette forêt. S’agit-il des eaux météoriques ? S’agit-il d’une
alimentation par une rivière, un cours d’eau ? S’agit-il d’une nappe sous-jacente dont la
présence est à l’origine de la forêt et dont une dégradation de la qualité ou de la
quantité viendrait dégrader les essences de cette forêt ? Dans ces 2 derniers cas, cette
forêt serait un « écosystème terrestre dépendant des eaux souterraines » mais pas
dans le cas d’une alimentation par les eaux météoriques.
Les écosystèmes aquatiques que sont les lacs, étangs ou cours d’eau entrent dans la
catégorie des eaux de surface, les nappes souterraines entrent dans la catégorie des
eaux souterraines et les estuaires dans les eaux de transition. Restent les zones
humides ou zones inondables qui sont des écosystèmes complexes à l’interface entre
eau souterraine et eau de surface.
La question de savoir si les zones humides sont des écosystèmes terrestres ou
aquatiques est ambigüe dans le cadre de la DCE car ces écosystèmes ne sont pas
définis en tant que masse d’eau. Elles sont à l’interface entre le milieu terrestre et le
milieu aquatique. La présence d’eau classe les zones humides dans la catégorie des
écosystèmes aquatiques si on se place d’un point de vue « milieu ». Par contre, si on
se place du point de vue « biocénose » en considérant une espèce de plante
hygrophile poussant dans une zone humide, l’écosystème de cette plante est terrestre,
sa délimitation coïncide avec celle de la zone humide. L’ambiguïté provient du fait que
les zones humides, à l’interface entre le milieu terrestre et aquatique, superpose des
écosystèmes terrestres et aquatiques. Les zones humides peuvent donc être
considérées comme des écosystèmes terrestres dépendant ou non des eaux
souterraines.
2.4. PRIORITE DES SITES NATURA 2000
Idéalement un processus de priorisation se focaliserait sur des critères tels que le
degré de dépendance aux eaux souterraines et les risques de dommages de ces
écosystèmes. Cependant ces informations ne sont pas disponibles, de plus notre
objectif est de déterminer s’il existe un lien, et notamment un lien dynamique, entre les
zones humides et les eaux souterraines.
Le réseau Natura 2000 est un ensemble de sites naturels européens, terrestres et
marins, identifiés pour la rareté ou la fragilité des espèces sauvages, animales ou
végétales, et de leurs habitats. Le cadre statutaire du réseau Natura 2000, l’importance
de ce réseau pour la conservation d’aires et d’espèces protégées, et surtout la
richesse des informations disponibles (inventaire et cartographie des espèces et des
habitats, description des activités humaines, analyse écologique, analyse des enjeux)
font que ces sites vont être traités en priorité sur la question du lien avec les eaux
souterraines. A cela s’ajoute le fait que les sites Natura 2000 font partie du registre des
zones protégées pour lesquelles il faut définir si le lien avec les masses d’eau
souterraine est dynamique ou géographique (cf. paragraphe 3.3.1). Cette étude sera
donc dans son application focalisée sur les sites Natura 2000, les méthodologies
26
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
proposées pourront ultérieurement être adaptées aux zones humides et aux
écosystèmes terrestres autres que les sites Natura 2000.
2.5. LOCALISATION
2.5.1.
Localisation des zones humides
Cartographie des milieux à composante humide
Pour caractériser les zones humides selon la typologie DCE proposée et tester la
méthodologie de caractérisation du lien entre ces écosystèmes et les eaux
souterraines, un inventaire cartographique des zones humides à l’échelle nationale est
nécessaire. Différents travaux d’inventaire cartographique, de caractérisation des
zones humides à l’échelle des districts hydrographiques ont été réalisés et sont
consultables en ligne mais ne sont pas centralisés à l’échelle nationale.
Le Muséum National d’Histoire Naturelle (MNHN) a établi un inventaire des milieux à
composante humide (Illustration 9). Cette cartographie a été réalisée en mai 2009 par
le Service de l’Observation et des Statistiques (SOeS) du Ministère de l'Ecologie, du
Développement Durable et de l’Energie (MEDDE) dans le cadre de l’observatoire
national des zones humides (ONZH). Elle repose sur une identification des milieux
humides à partir des ZNIEFF (1999, de type I et II à caractère humide), des SIC (oct.
2008 couverts par des habitats humides) et de Corine Land Cover 2006 (Base de
données européenne d'occupation biophysique des sols). Pour chaque couche
d’information géographique, les milieux humides ont été identifiés et conservés pour
enfin être agrégés dans une carte finale des milieux à composante humide qui
couvrent 2 256 461 hectares (Illustration 9). Cette carte est disponible en ligne :
http://soesweb.jouve-hdi.com/lessentiel/ar/265/1136/milieux-composante-humide.html.
Cette carte du territoire métropolitain permet de visualiser les grands ensembles
humides des vallées, des façades littorales, des massifs montagneux et des plaines
mais en aucun cas n’est la représentation exhaustive des zones humides en France
métropolitaine. L’utilisation de cette cartographie est limitée, elle est exploitable au
1:100 000 compte tenu des couches géographiques utilisées. La notice
méthodologique précise également l’hétérogénéité des dates, des échelles, des
critères de zonation et de sélection des milieux humides. Cet inventaire non exhaustif
des milieux à composante humide ne vient pas remplacer le travail de cartographie des
milieux humides réalisé par les agences de bassin mais à l’avantage d’être disponible
à l’échelle nationale et, bien que les données sources soient hétérogènes, de
présenter une méthodologie homogène à l’échelle du territoire métropolitain.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
27
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 9 : Milieux à composante humide (source : CGDD /SoeS - MNHN. Version 2, mai 2009)
28
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
2.5.2.
Localisation des zones Natura 2000
Le réseau Natura 2000 est un ensemble de sites naturels européens, terrestres et
marins, identifiés pour la rareté ou la fragilité des espèces sauvages, animales ou
végétales, et de leurs habitats. Natura 2000 concilie préservation de la nature et
préoccupations
socio-économiques
(http://www.developpement-durable.gouv.fr/Natura-2000,2414-.html). Il se compose de deux types des zones protégées :
Les « Zones Spéciales de Conservation » (ZSC) désignées au titre de la
directive 92/43/CEE du 21 mai 1992 dite directive « Habitats ». Les « sites
d’importance communautaire » (SIC) qui sont intégrés au réseau Natura 2000 sous la
désignation finale de ZSC (Illustration 10).
Les « zones de protection spéciale » (ZPS) en application de la directive
oiseaux n°79-409-CEE du 2 avril 1979, dite directive « Oiseaux ». Les ZPS sont
directement issues des anciennes « zones importantes pour la conservation des
oiseaux » (ZICO) (Illustration 11).
Le réseau Natura 2000 recense 1753 sites dont 384 ZPS et 1369 SIC. La base de
données et les couches SIG de ce réseau sont disponibles en ligne (09/2011,
http://inpn.mnhn.fr/telechargement/acces-par-thematique/natura2000).
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
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Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 10 : Cartographie des sites Natura 2000, directive Habitats : 1369 SIC
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BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 11 : Cartographie des sites Natura 2000, directive Oiseaux : 384 ZPS
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
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Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
3. Interactions eau souterraine – zone humide
3.1. INTERACTION AVEC LES EAUX SOUTERRAINES
Différents types d’écosystèmes dépendent des eaux souterraines selon des schémas
plus ou moins complexes. Des systèmes karstiques peuvent alimenter des sources
avec des fluctuations importantes de débit pouvant aller jusqu’à un tarissement de la
source et un écoulement intermittent.
Le rôle des eaux souterraines peut considérablement varier entre les différents types
de zones humides (Brinson, 1993). Certaines zones humides ne reçoivent de l’eau que
des précipitations, elles sont hydrologiquement isolées des eaux souterraines. Les
tourbières ombrotrophes de couverture (bog en anglais) se sont progressivement
isolées de leur environnement immédiat et leur fonctionnement n’est contrôlé que par
les précipitations et l’évapotranspiration (Illustration 12) (Manneville, 2006 ; Acreman et
Miller, 2007). Les tourbières minérotrophes sont alimentées par les eaux de surface et
les eaux météoriques, elles sont adaptées à une surface libre stable et le niveau
fluctue à proximité de la surface. Une tourbière minérotrophe (fen en anglais) est, par
définition, alimentée par un apport continu d’eau souterraine.
Illustration 12 : Tourbière ombrogène (Manneville, 2006)
La plupart des zones humides sont hydrologiquement liées, à des degrés variables, à
des masses d’eau de surface (rivière, estuaire, mer) et/ou des masses d’eau
souterraine. Le degré de dépendance aux eaux souterraines peut varier de
« obligatoire », c’est-à-dire que les espèces requièrent la présence continue,
saisonnière ou épisodique des eaux souterraines mais ne peuvent s’en passer, à
« facultative », c’est-à-dire qu’une absence des eaux souterraines ne conduit pas à un
impact défavorable sur la biocénose (Boulton, 2005 ; Bertrand et al., 2011). Le degré
de dépendance entre les écosystèmes terrestres et les eaux souterraines est variable
dans le temps et dans l’espace. Krause et al. (2007), à l’aide d’un modèle couplant
bilan hydrique du sol et écoulements souterrains, mettent en évidence les fluctuations
spatiales et temporelles des échanges entre eau de surface et eau souterraine d’une
32
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
plaine d’inondation. Les simulations numériques indiquent des échanges importants
entre les eaux souterraines et la rivière. La contribution des eaux souterraines à la
rivière ne représente que 1% du débit annuel de ce tronçon de rivière mais son
influence est bien plus importante en période estivale avec près de 30% du débit
généré par une décharge des eaux souterraines provenant de la zone riparienne le
long de ce tronçon.
Pour évaluer si une masse d’eau souterraine est liée hydrologiquement à une zone
humide et si elle peut avoir un impact sur celle-ci, il est important de comprendre son
fonctionnement hydrologique, c’est-à-dire les différentes composantes du cycle
hydrologique. Les interactions entre eau de surface et eau souterraine peuvent être
très différentes. Citons l’exemple de 3 petits lacs, Langmere, Ringmere et Fenmere,
situées dans l'est de l'Angleterre qui sont visuellement très similaires et
géographiquement proches mais avec des fonctionnements hydrologiques très
différents (Acreman et Miller, 2007). Langmere est en lien direct avec l’aquifère
crayeux sous-jacent. Le régime hydrologique de Langmere est directement dépendant
des fluctuations de la nappe de la Craie. Ringmere est partiellement isolé de ce même
aquifère par un niveau sous-jacent peu perméable de matière organique (aquitard) qui
limite les échanges avec l’aquifère, mais le fonctionnement hydrologique de Ringmere
reste encore largement dépendant de la nappe sous-jacente de la Craie. A l’opposé,
Fenmere est complètement isolé de l’aquifère crayeux par un niveau imperméable
d’argiles sur lequel il repose et son niveau est exclusivement contrôlé par les
précipitations et l’évaporation (Illustration 13).
Illustration 13 : Coupe transversale géologique, lacs de Breckland Meres, Angleterre (Acreman
et Miller, 2007)
Les flux échangés entre aquifère et zone humide peuvent être verticaux descendants,
lorsque l’aquifère sous-jacent draine les eaux de la zone humide (Illustration 14B), ou
ascendants lorsque la nappe recharge la zone humide (Illustration 14A). Le lien
fonctionnel entre zone humide et eau souterraine variable dans le temps et dans
l’espace dépend de la géologie (présence d’aquitard ou d’aquiclude) et des niveaux
relatifs de la nappe d’eau souterraine et de l’eau dans la zone humide (Acreman and
Miller, 2007). Certaines zones humides sont complètement dépendantes des eaux
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
33
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
souterraines, quelques soient les conditions climatiques, alors que d’autres n’auront
qu’une dépendance limitée.
Illustration 14 : Flux ascendants (A) : la charge hydraulique de l’aquifère sous-jacent est
supérieure au niveau de l’eau dans la zone humide ; flux descendants (B) : le niveau d’eau
dans la zone humide est supérieur à la charge hydraulique mesurée dans l’aquifère sous-jacent
Les classifications des zones humides sont diverses et dépendent du point de vue
sous lequel on se place. Ecologistes, biologistes, chimistes, hydrologues ou
géomorphologues n’auront pas la même approche de classification de ces
écosystèmes (Brinson, 1993).
Plusieurs systèmes de classification des zones humides se basent sur le
fonctionnement hydrologique des zones humides et prennent en compte l’hydrologie et
la géomorphologie. Brinson (1993) en donne plusieurs exemples dont la liste est loin
d’être exhaustive mais permet d’avoir une vue d’ensemble de la diversité des zones
humides et des efforts fournis pour arriver à proposer une classification. Nous citerons
brièvement ces quelques exemples. Gosselink et Turner (1978) proposent 4
caractéristiques hydrodynamiques majeures : les flux entrant, les flux sortant, les types
de flux et la saisonnalité de ces flux. Selon une approche hydrogéologique, O’Brien et
Motts (1980) décrivent les zones humides de Nouvelle-Angleterre et du nord-est des
Etats-Unis par des facteurs géologiques (composition et épaisseur des matériaux
superficielles, nature du substratum), des facteurs hydrologiques (position
hydrologique, perméabilité des niveaux organiques, profondeur de la surface libre,
transmissivité des aquifères sous-jacents, flux sortant, qualité des eaux souterraines)
et des facteurs topographiques (position sur le bassin versant et zone absolue et
relative de drainage). Novitzki (1979) décrit les caractéristiques hydrologiques des
zones humides du Wisconsin par rapport à l’origine des eaux de la zone humide et la
forme du relief autour de cette même zone humide. Il reconnait 4 types de zones
humides (Illustration 15) :
a)
b)
c)
d)
34
eau de surface dans une dépression
eau souterraine dans une dépression
eau souterraine dans une pente
eau de surface dans une pente
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
(a)
(c)
(b)
(d)
Illustration 15 : 4 types hydrologiques majeures des zones humides dans le Wisconsin (Novitzki,
1979). a) eau de surface dans une dépression ; b) eau souterraine dans une dépression ; c)
eau souterraine dans une pente ; d) eau de surface dans une pente
Dans l’est de l’Angleterre, Gilvear et al. (1989) proposent 7 classes basées sur l’origine
des eaux alimentant la zone humide et leur contribution relative (Illustration 16) :
a) eau de ruissellement et de débordement des cours d’eau ;
b) eau de ruissellement et décharge d’eau souterraine venant de l’aquifère sousjacent ;
c) eau de ruissellement et de sub-surface ;
d) eau de sub-surface et décharge d’eau souterraine de l’aquifère sous-jacent ;
e) zone principalement alimentée par les eaux souterraines confinées, les eaux de
surface ne constituant qu’un flux entrant mineur dans l’alimentation en eau de
la zone humide ;
f) l’aquifère libre sous-jacent alimente principalement la zone humide, sa surface
libre constitue le niveau d’eau de la zone humide ;
g) la zone humide est alimentée par des écoulements de sub-surface
essentiellement.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
35
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 16 : Classification hydrogéologique de Gilvear et al. (1989). 7 classe décrivent
l’origine des eaux dans des tourbières de l’est de l’Angleterre.
Acreman (2004) développe une classification hydrologique basée sur les mécanismes
de transfert d’eau et sur la position de la zone humide dans le paysage. Il décrit 14
mécanismes de transfert d’eau (Illustration 17) dont une combinaison permet de
décrire le fonctionnement d’une zone humide (WFD CIS Guidance document N°12,
2003) :







36
P = Précipitation : pluie, neige fondue ou chute de neige tombant directement
sur la zone humide, brume interceptée, condensation.
E = Evapotranspiration : eau de surface ou souterraine s’évaporant ou
transpiration des plantes de la zone humide retournant vers l’atmosphère.
R = Ruissellement : écoulement de surface ou de sub-surface le long des
pentes ou dans les cours d’eau rejoignant la zone humide.
L = Flux latéral entrant : déplacement latéral de l’eau à travers le sol provenant
de fossés, rivières ou lacs entrant dans la zone humide.
D = Flux latéral sortant : drainage naturel ou artificiel de la zone humide par des
fossés, rivières ou lacs.
OB = Eau de débordement : débordement de fossés, rivières ou lacs entrant
alors dans la zone humide.
OF = Ecoulement sortant : flux s’écoulant selon la pente et rejoignant un cours
d’eau.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres





PU = Pompage : prélèvement artificiel entre une zone humide et une rivière,
un lac, un fossé ou la mer. Les prélèvements peuvent extraire ou apporter de
l’eau à la zone humide.
TI/TO = Flux de marée entrant (TI) ou sortant (TO) : de l’eau marine entre ou
sort de la zone humide au gré des marées.
S = Source : une source d’eau souterraine provenant d’un aquifère vient
alimenter en surface une zone humide. Cette source est souvent associée à un
aquiclude au dessous de l’aquifère.
GD/GR = Décharge (GD) ou recharge (GR) d’eau souterraine : flux d’eau
souterraine vertical descendant ou ascendant en fonction de la charge
hydraulique de la nappe sous-jacente et de la surface libre de la zone humide.
GS = Apport par infiltration d’eau souterraine : flux d’eau souterrain latéral
provenant d’un aquifère adjacent et entrant dans la zone humide.
Illustration 17 : Zones humides et transfert d’eau. P = Précipitation, E = Evapotranspiration, R =
Ruissellement, L = flux latéral entrant, D = Flux latéral sortant, OB = Eau de débordement, OF =
Ecoulement sortant, PU = Pompage, TI/TO = Flux de marée entrant (TI) ou sortant (TO), S =
source, GD/GR = Décharge (GD) ou Recharge (GR) d’eau souterraine, GS = Apport par
infiltration d’eau souterraine.
Les eaux souterraines peuvent contribuer à l’alimentation en eau des zones humides
directement à partir d’une source (S), par un mouvement latéral à partir d’un aquifère
adjacent (GS) ou par un mouvement vertical ascendant d’un aquifère sous-jacent
(GD). Le drainage de la zone humide par un aquifère sous-jacent (GR) est tout aussi
important dans le bilan hydrologique de la zone humide (Auterives et al., 2011). Murray
et al. (2001) précisent que les écosystèmes dépendants des eaux souterraines
requièrent un flux entrant d’eau souterraine pour maintenir leur fonction et leur
composition. Une suppression ou une modification (qualité, quantité) de cet apport
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
37
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
peut influencer ces écosystèmes en modifiant la disponibilité de l’eau pour la
végétation et pourrait conduire à un changement vers une végétation plus adaptée aux
nouvelles conditions. Cependant un écosystème qui ne reçoit pas d’eau souterraine
peut tout de même en être dépendant à l’exemple des marais du Cotentin. Une
tourbière repose sur un niveau argileux qui ne constitue pas une barrière hydrologique
entre cet écosystème de surface et l’aquifère sous-jacent (Illustration 18). Le bilan
hydrique de la tourbière montre que celle-ci est principalement alimentée par les eaux
météoriques et que les deux flux majeurs sortants sont l’évapotranspiration et un flux
vertical descendant de la tourbière vers l’aquifère sous-jacent. L’importance de ce flux
dépend du gradient hydraulique entre l’aquifère et la tourbière et donc de la charge
hydraulique de l’aquifère. Plus cette charge hydraulique sera basse dans l’aquifère
sableux sous-jacent et plus ce flux vertical sortant sera important et pourrait entrainer
un déséquilibre hydrique de la zone humide (Auterives et al. 2011).
Illustration 18 : Coupe géologique de l’aquifère de Lessay surmonté d’une couche d’argile et
d’une courverture tourbeuse holocène dans les marais du Cotentin (Tortrat, 2001 ; Auterives,
2006)
Pour le rapportage, le lien fonctionnel « dynamiquement connecté » implique qu’une
dégradation quantitative ou qualitative des eaux souterraines peut conduire à une
dégradation de l’écosystème terrestre. Une des conditions à remplir pour définir le bon
état chimique des eaux souterraines est l’absence de transfert de polluant de la masse
d’eau souterraine vers la zone humide entrainant une dégradation de cet écosystème.
Dans ce cadre, les zones humides pour lesquelles le lien « dynamiquement connecté »
serait identifié, seraient celles pour lesquelles un flux entrant d’eau souterraine serait
identifié (Illustration 14A ; Illustration 15B,C). Cependant l’absence de flux d’eau
souterraine entrant dans la zone humide n’élimine pas tout risque de dégradation de
38
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
l’écosystème. Dans les marais du Cotentin, un contexte climatique de faible
précipitation associé à une exploitation des eaux souterraines pour l’alimentation en
eau potable, abaisse la charge hydraulique de l’aquifère sous-jacent à la tourbière et
explique le déficit hydrique de celle-ci (Auterives et al., 2011) qui a conduit à une
dégradation de l’état chimique de la tourbière sans transfert de polluant à proprement
parlé.
3.2. IDENTIFIER LES ECOSYSTEMES TERRESTRES DEPENDANTS DES
EAUX SOUTERRAINES
Nombreuses approches existent pour identifier les interactions entre eaux de surface
et eaux souterraines. Vernoux et al. (2010) présentent une synthèse des outils
disponibles pour caractériser les relations entre eau de surface et eau souterraine que
nous résumons ici brièvement.
L’analyse hydrographique des débits des cours d’eau permet d’identifier la contribution
des eaux souterraines (écoulement de base) au débit de la rivière. Les études
hydrogéologiques s’intéressent à la surface piézométrique, aux écoulements
souterrains, aux interactions entre les différents réservoirs, à la qualité des eaux
souterraines, à la structure et à la géomorphologie de l’aquifère afin de décrire son
fonctionnement global à l’échelle à laquelle on l’observe. Les analyses hydrométriques
comme la mesure des gradients hydrauliques entre un aquifère et un cours d’eau et de
la perméabilité de la zone hyporhéique permet de quantifier les flux échangés. Le bilan
hydrique d’un hydrosystème vise à définir les flux entrant (recharge) et sortant (perte)
et à identifier les principaux flux contrôlant le fonctionnement de l’hydrosystème. La
modélisation hydrogéologique simulent les écoulements en se basant sur des
équations mathématiques et un modèle conceptuel expliquant le fonctionnement de
l’aquifère. Des méthodes de télédétection en géophysique permettent de localiser les
connectivités entre différents systèmes. Des mesures directe de l’infiltration en des
points spécifiques peuvent mettre en évidence des écoulements entre aquifère et
cours d’eau. Des méthodes géochimiques avec l’utilisation de traceurs artificiels,
hydrochimiques ou environnementaux permettent de suivre les écoulements,
d’identifier les flux d’eau souterraine, de localiser les zones de recharge et d’étudier les
interactions eau de surface – eau souterraine. Des mesures de températures dans les
eaux et les sédiments peuvent permettre de suivre les pertes et les recharges d’un
hydrosystème.
Tous ces outils s’appliquent à des échelles variables, du tronçon de rivière à l’échelle
régionale, avec des coûts et des facilités d’usages très variables. Ils sont très
pertinents dans le cadre d’études localisées mais ne sont utilisables à une échelle
aussi large que celle du territoire et pour répondre à la question du lien
hydrodynamique entre un écosystème terrestre et une masse d’eau souterraine. Notre
objectif est de proposer des méthodes globales de caractérisation de ce lien, à travers
le cas précis des zones humides du réseau Natura 2000 et permettre ainsi un préremplissage des tables là où les données et les connaissances des hydrosystèmes se
font manquantes. Cette approche ne vise pas à remplacer les études locales mais
plutôt à compléter là où celles-ci font défaut et à pointer du doigt les sites où des
investigations complémentaires sont nécessaires.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
39
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
A une échelle globale, plusieurs approches d’identification des écosystèmes terrestres
dépendants des eaux souterraines, ont été développées.
Le Nature Conservation Council of NSW (Nature Conservation Council, 1999) propose
une méthodologie d’analyse documentaire basée sur une classification des
écosystèmes en 5 classes (terrestre, rivière avec écoulement de base, aquifère, grotte
et zone humide) et une liste de 23 questions pour lesquelles les réponses oui, non ou
ne sais pas sont requises (Murray et al., 2003). Par exemple : est-ce que la surface
libre de la nappe atteint la zone racinaire de la végétation à une quelconque période de
l’année ? Est-ce que la végétation reste luxuriante toute l’année en dépit des périodes
de faible ou absence de précipitation ?
Certaines espèces végétales sont spécifiquement dépendantes des eaux souterraines
alors que d’autres peuvent s’adapter à d’autres sources d’alimentation en eau. A partir
de ce principe se sont développées différentes approches écologiques.
En Ireland, le National Parks and Wildlife du département Environnement identifie des
habitats et des espèces Natura 2000 comme dépendants des eaux souterraines. Cette
liste, établie à dire d’expert, distingue des habitats eau de surface des écosystèmes
terrestres dépendants des eaux souterraines et précise le degré de sensibilité (faible,
modéré, élevé, extrême) d’habitat Natura 2000 à une modification (quantitative,
qualitative) des eaux souterraines. Ce travail d’expertise identifie également des
espèces dépendantes des eaux souterraines ainsi que leur degré de dépendance
(modéré, élevé, extrême) (Working Group on Groundwater, 2004) . L’UKTAG (United
Kingdom Technical Advisory Group) développe également une approche écologique
en se basant sur la classification nationale britannique des communautés végétales
(NVC = British National Vegetation System) pour lesquelles un niveau de dépendance
(élevé, modéré, faible) est identifié (UKTAG, 2004). Pour les sites Natura 2000 pour
lesquels les espèces NVC ne sont pas listées, des équivalences entre les habitats
Natura 2000 et les communautés d’espèces NVC sont proposées. Cette approche
écologique montre ses limites. Le degré de dépendance aux eaux souterraines est
assigné à dire d’expert. A cela s’ajoute le fait que de nombreuses communautés listées
utilisent les eaux souterraines sous certaines conditions et leur extension
géographique dépend également de facteurs comme la topographie et l’hydrogéologie.
L’UKTAG précise que toutes les espèces pertinentes pour indiquer un écosystème
terrestre dépendant des eaux souterraines sont listées, mais pour une dépendance
« modérée » ou « faible », l’identification doit être combinée à une approche
hydrogéologique qui permet d’aller au-delà des limitations de l’approche écologique
(UKTAG, 2004).
L’approche hydrogéologique détermine les conditions qui permettent à un écosystème
terrestre dépendant des eaux souterraines de s’établir, de s’installer. Elle permet
d’identifier si les interactions eaux souterraines – eaux de surface sont possibles. Par
exemple, la présence de sols ou de roches imperméables, à la faveur desquelles une
zone humide a pu se développer, limitent les mouvements verticaux et isolent
l’écosystème du contexte souterrain. La présence de roches perméables en
40
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
coïncidence avec une zone humide peut témoigner de l’affleurement d’une nappe, la
zone humide serait alors directement dépendante des fluctuations de la nappe sousjacente. On peut donc supposer que les écosystèmes terrestres qui coïncident avec
des zones où les eaux souterraines interagissent avec la surface (affleurement de
nappe, source, suintement) sont susceptibles d’utiliser cette eau. Et inversement on
peut supposer que les écosystèmes localisés dans des zones où les eaux souterraines
n’interagissent pas avec la surface (absence de source, substratum des écosystèmes
imperméables, etc.) sont indépendants des eaux souterraines et ne seraient pas
impactés par une modification qualitative ou quantitative des eaux souterraines
(UKTAG, 2007).
En se basant sur l’hypothèse que les écosystèmes terrestres dépendent des eaux
souterraines en fonction des propriétés hydrauliques de la géologie sous-jacente,
Macdonald et al. (2005a) proposent une classification des dépôts superficiels en
fonction des interactions potentielles possibles avec les eaux souterraines.
Elevé
Moyen
Faible
Alluvium
Blown sand
Glacial sand and gravels
Raised beach deposits
Glacial outwash sands and gravels
Landslip
Peat
Recent marine deposits
Recent lacustrine deposits
Glacial lake deposits
Diatomite
Till
Alluvion
Sable éolien
Sables et graviers glaciaires
Dépôts de plage surélevés
Sables et graviers fluvio-glaciaires
Glissement de terrain
Tourbe
Dépôts marins récents
Dépôts lacustres récents
Dépôts glacio-lacustres
Diatomite
Till / Tillite
Illustration 19 : Interactions potentielles des eaux souterraines avec les rivières, les lacs et les
écosystèmes terrestres basées sur la géologie sous-jacente (Macdonald et al., 2005a)
Cette démarche a été appliquée aux écosystèmes terrestres, aux lacs et aux rivières.
Les lacs peuvent être directement en contact avec l’encaissant bien que les dépôts
environnants soient de faible interaction potentielle. Ils ont donc été évalués
individuellement. Les rivières doivent avoir un tronçon significatif où la géologie indique
une interaction potentielle « élevée » ou « modérée ». Un tronçon significatif
représente plus de 100m ou plus de 10% de la longueur totale du cours d’eau.
(Macdonald et al., 2005a)
Cette méthodologie a été appliquée en Ireland du Nord. Les interactions potentielles
des eaux souterraines avec la surface (faibles, modérées, fortes) sont identifiées à
partir de la carte géologique à l’échelle 1:250 000. Pour chaque site Natura 2000, le
nom, le(s) type(s) de milieu humide rencontré (tourbière, marais, rivière, lac eutrophe,
forêt humide, etc.), la dépendance aux eaux souterraines d’après une approche
écologique (1 = élevé, 2 = moyen, 3 = faible) et l’interaction potentielle avec les eaux
souterraines en précisant le pourcentage de la couverture géologique sous-jacente à
forte, moyenne ou faible interaction sont renseignées (Illustration 20, Illustration 21). La
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
41
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
combinaison de ces informations permet de conclure si un écosystème est dépendant
des eaux souterraines ou non comme l’illustre la dernière colonne du tableau ci-après
(Illustration 20).
Illustration 20 : Extrait des résultats de l’identification des sites Natura 2000 comme des
écosystèmes terrestres dépendants en ireland du Nord (Macdonald et al., 2005b)
Illustration 21 : Méthode de classification des écosytèmes comme dépendants des eaux
souterraines et requiérant une évaluation du risque (UKTAG, 2004). (GWDTE = ecosystèmes
terrestres dépendants des eaux souterraines)
La dépendance des zones humides, rivières et lacs aux eaux souterraines est fonction
des conditions hydrologiques, climatiques et géologiques (Brown et al., 2010). Tous les
lacs pérennes ont été supposés comme dépendants des eaux souterraines à
l’exception de quelques-uns à dire d’expert. Les rivières sont considérées comme
dépendantes des eaux souterraines (1) lorsqu’elles sont pérennes dans un
environnement où les dépôts sont modérément à hautement perméables ou (2)
lorsque les mesures de débit indiquent un écoulement de base important. Les zones
humides identifiées comme dépendantes des eaux souterraines sont celles connues
comme étant minérotrophes (alimentées par les eaux souterraines), contenant un sol
organique ou adjacentes à des sources. A ces indicateurs s’ajoute l’approche
écologique qui identifie des habitats obligatoirement dépendant des eaux souterraines.
Pour l’identification des écosystèmes terrestres dépendants des eaux souterraines, 2
approches complémentaires se distinguent :
42

l’approche écologique basée sur la présence d’une espèce végétale, de
communautés ou d’habitats déclarés comme dépendants des eaux
souterraines ;

l’approche hydrogéologique permettant de caractériser la possibilité
d’interaction entre eau souterraine et eau de surface en se basant sur la
géologie ou la géomorphologie.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
3.3. LIEN AVEC LES EAUX SOUTERRAINES
3.3.1.
Lien fonctionnel ou géographique ?
Dans le cadre de la DCE, l’importance d’un lien entre masse d’eau souterraine et
zones protégées ou écosystèmes terrestres se manifestent à travers l’évaluation de
l’état chimique des eaux souterraines. Pour qu’une masse d’eau souterraine soit
déclarée en bon état, une des conditions est qu’une modification de la quantité ou
qualité des eaux souterraines ne doit pas entrainer une dégradation des eaux de
surface ou des écosystèmes terrestres qui lui sont associés. Avant de pouvoir
caractériser une possible ou potentielle dégradation due aux eaux souterraines, il est
nécessaire d’identifier s’il existe ou non un lien avec les eaux souterraines (masse
d’eau souterraine).
Dans le cadre de la DCE, pour caractériser une masse d’eau souterraine, il est
nécessaire d’identifier les écosystèmes terrestres qui y sont liés (GWB Hydrogeological
Characterictics : LinkTerrestrialEcosystems), les masses d’eau de surface qui y sont
liées (LinkSurfaceWaterBodies), d’identifier les zones protégées de type habitats ou
oiseaux (GWB ProtectedArea Status) ainsi que le type d’association qui les relient :
overlapping (partly within), dynamically connected ou within protected area.
Le lien entre la zone protégée et la masse d’eau souterraine est décrit en 2 catégories :
1) Le lien géographique, c’est-à-dire géométrique, il permet de localiser la
masse d’eau par rapport à la zone protégée (Illustration 22) :
a. water body within a Protected Area : la masse d’eau est
complètement comprise dans les limites de la zone protégée Natura
2000.
b. water body overlapping (partly within) a Protected Area : une partie
de la masse d’eau couvre tout ou partie de la zone protégée.
2) Le lien fonctionnel, c’est-à-dire quand la masse d’eau est dynamiquement
liée à la zone humide. Le statut « dynamiquement connecté » implique
qu’une dégradation quantitative ou qualitative des eaux souterraines peut
conduire à une dégradation de la zone protégée Natura 2000.
c. water body dynamically connected to a Protected Area e.g.
river/groundwater : la masse d’eau est dynamiquement connectée
avec la zone protégée.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
43
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Masse d’eau
souterraine
Lien avec une
zone protégée
Zone protégée
MESO 1
Oui
ZP 2
MESO 2
Oui
ZP 2
MESO 3
Oui
ZP 1
MESO 4
Oui
ZP 3
Type de lien
water body overlapping (partly within) a
Protected Area
water body overlapping (partly within) a
Protected Area
water body overlapping (partly within) a
Protected Area
water body within a
Protected Area
Illustration 22 : Lien géographique entre masse d’eau souterraine et zone protégée
Que la zone humide soit définie en tant qu’écosystème terrestre, zone protégée de
type habitats/oiseaux, masse d’eau de surface ou autre, il s’agit d’identifier si le lien
entre zone humide et masse d’eau souterraine est :
- Dynamique, c’est-à-dire fonctionnel, ou
- Géométrique, c’est-à-dire géographique.
3.3.2.
Lien géographique
Dans un premier temps, un croisement cartographique entre masses d’eau souterraine
de niveau 1 et zones humides permet de faire le lien géographique entre les deux.
Pour se faire, on utilise l’inventaire cartographique des milieux à composante humide
du MNHN (2009). L’agrégation géographique des éléments permet de créer 9039
entités continues avec lesquelles on intersecte les masse d’eau souterraine de niveau
1. Cette association géographique a pour objectif de distinguer le lien géographique qui
unit masse d’eau souterraine et zone humide :
o Overlapping (partly within)
o Water body within
Le calcul de la surface que représente le milieu à composante humide sur la masse
d’eau à laquelle il est associé, il apparait qu’il n’existe aucune zone humide dont le lien
géographique est « water body within ». En effet, la surface maximum que représente
une zone humide par rapport à une masse d’eau est 91%. On peut expliquer ceci par
44
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
la taille importante des masses d’eau souterraine en France qui est supérieure à la
moyenne de 900 km² (Kanakoudis et Tsitsifli, 2010).
Illustration 23 : Surface moyenne des masses d’eau souterraine des Etats Membres
(Kanakoudis et Tsitsifli, 2010)
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
45
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
4. Propositions méthodologiques d’identification
du lien dynamique zone humide – masse d’eau
souterraine
Une fois le lien « géographique » établi entre zone humide et masse d’eau souterraine,
la question se pose de savoir si ce lien est dynamique ou non ? Y a-t-il interaction
entre l’écosystème terrestre que constitue la zone humide et les eaux souterraines ? Si
une modification quantitative ou qualitative des eaux souterraines intervient, cela aurat-il des conséquences sur le fonctionnement de la zone humide ?
Ce chapitre a pour objectif de faire les points sur les méthodes qu’il serait envisageable
d’appliquer à grande échelle afin d’identifier l’existence ou non d’un lien dynamique
entre écosystème terrestre et eaux souterraines.
4.1. APPROCHE ECOLOGIQUE : DES HABITATS ET/OU ESPECES
DEPENDANTS DES EAUX SOUTERRAINES
Le National Parks and Wildlife (WFD Pressures and Impacts Assessment
Methodology, 2004) a identifié 28 habitats (Illustration 24) et 6 espèces (invertébrés et
plantes : Illustration 25) dépendants des eaux souterraines en précisant le degré de
dépendance à une modification qualitative/quantitative des eaux souterraines.
L’approche écologique ainsi proposée repose sur cette liste. Un indice global de
sensibilité aux eaux souterraines est formulé (Illustration 26). Le degré de sensibilité le
plus élevé entre l’aspect quantitatif et qualitatif est retenu comme indice global de
sensibilité (Illustration 24). Lorsqu’il s’agit d’une gamme de valeur, par exemple « de
faible à élevé », comme les forêts alluviales à Alnus glutinosa et Fraxinus excelsior
(Alno-Padion, Alnion incanae, Salicion albae), il est difficile de conclure. L’information
est insuffisante et nécessitera des données complémentaires. La valeur « expertise »
est alors renseignée. Pour les espèces, elles sont toutes répertoriées avec une
sensibilité élevée ou extrême, seule Austropotamobius pallipes (code Natura 2000 :
1092) a une sensibilité modérée aux changements qualitatifs mais une forte sensibilité
aux changements quantitatifs. Toutes les espèces identifiées sont considérées comme
fortement sensibles à un changement qualitatif ou quantitatif des eaux souterraines.
46
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 24 : Ecosystèmes de surface et écosystèmes terrestres directement dépendants des
eaux souterraines. ** fen = alimentée par des eaux souterraines
Illustration 25 : Espèces Natura 2000 dépendantes des eaux souterraines
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
47
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Code Natura
2000
1150
1330
1410
2170
2190
21A0
3110
3130
3140
3150
3160
3180
3260
3270
4010
6410
6430
7110
7120
7130
7140
7150
7210
7220
7230
8310
91D0
91E0
Habitat Natura 2000
Lagunes côtières
Prés salés atlantiques (Glauco-Puccinellietalia maritimae)
Prés-salés méditerranéens (Juncetalia maritimi)
Dunes à Salix arenaria spp. argentea (Salicion arenariae)
Dépressions humides intradunaires
Machairs (* en Irlande)
Eaux oligotrophes très peu minéralisées des plaines sablonneuses (Littorelletalia uniflorae)
Eaux stagnantes, oligotrophes à mésotrophes avec végétation du Littorelletea uniflorae et/ou du
Isoeto-Nanojuncetea
Eaux oligo-mésotrophes calcaires avec végétation benthique à Chara spp.
Lacs eutrophes naturels avec végétation du Magnopotamion ou Hydrocharition
Lacs et mares dystrophes naturels
Turloughs
Rivières des étages planitiaire à montagnard avec végétation du Ranunculion fluitantis et du
Callitricho-Batrachion
Rivières avec berges vaseuses avec végétation du Chenopodion rubri p.p. et du Bidention p.p.
Landes humides atlantiques septentrionales à Erica tetralix
Prairies à Molinia sur sols calcaires, tourbeux ou argilo-limoneux (Molinion caeruleae)
Mégaphorbiaies hygrophiles d'ourlets planitiaires et des étages montagnard à alpin
Tourbières hautes actives
Tourbières hautes dégradées encore susceptibles de régénération naturelle
Tourbières de couverture (*tourbières actives seulement)
Tourbières de transition et tremblantes
Dépressions sur substrats tourbeux du Rhynchosporion
Marais calcaires à Cladium mariscus et espèce du Carex davalliana
Sources pétrifiantes avec formation de tuf (Cratoneurion)
Tourbières basses alcalines
Grottes non exploitées par le tourisme
Tourbières boisées
Forêts alluviales à Alnus glutinosa et Fraxinus excelsior (Alno-Padion, Alnion incanae, Salicion
albae)
Sensibilité
ESO
Expertise
Expertise
Expertise
Elevée
Elevée
Elevée
Extrême
Elevée
Elevée
Moyen
Extrême
Elevée
Moyen
Moyen
Elevée
Expertise
Moyen
Expertise
Expertise
Expertise
Extrême
Moyen
Extrême
Extrême
Extrême
Extrême
Extrême
Expertise
Illustration 26 : Sensibilité globale des Habitats Natura 2000 identifiés comme dépendants des
eaux souterraines
L’approche écologique consiste à croiser 3 sources d’informations :



l’inventaire des sites du réseau Natura 2000 avec leurs caractéristiques
(espèces observées, habitats observés, surface occupée par les habitats
observée),
la liste des espèces identifiées comme dépendantes des eaux souterraines
(Illustration 25) et,
la liste des habitats dépendants des eaux souterraines (Illustration 26),
Chaque site Natura 2000 est alors caractérisé en renseignant :



48
le code et le nom du site Natura 2000,
la présence ou non d’un habitat (Habitat ESO), d’un invertébré (Invertébré
ESO) ou d’une plante (Plante ESO) dépendant des eaux souterraines,
pour les habitats dépendants identifiés, la surface couverte (% de la surface
totale du site) par les habitats dépendants des eaux souterraines (% Hab ESO)
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
en fonction du degré de sensibilité identifié (expertise, extrême, élevé, et
moyen).
Ces informations seront alors utilisées pour caractériser l’existence ou non d’un lien
dynamique avec les eaux souterraines à l’échelle du site. La difficulté porte sur
l’intégration des données à l’échelle du site. Comment déterminer l’existence de ce lien
pour le site considéré ? A partir de quel seuil déclare-t-on : « oui » le lien existe ou
« non » le lien n’existe pas ?
4.2. APPROCHE BASEE SUR LES INTERACTIONS AVEC LES EAUX DE
SURFACE
4.2.1.
Nappes alluviales
Les nappes alluviales (Illustration 27, Illustration 28) sont présentes le long de la quasitotalité des cours d’eau. Or ces nappes alluviales ne sont dans la plupart des cas que
le relais entre une nappe d’extension régionale qu’elle contribue à drainer et la rivière.
En conséquence, il s’ensuit que la quasi-totalité des masses d’eau associées à ces
nappes alluviales est en relation hydraulique étroite avec les cours d’eau.
Généralement ces nappes alimentent les rivières en étiage ; plus rarement et surtout
dans les zones karstiques ces nappes sont alimentées par des pertes diffuses ou
localisées des rivières (Vernoux et al. 2010).
Illustration 27 : Schéma de nappe alluviale (Daum et al. 1997)
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
49
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 28 : Zone hyporhéique, riparienne et alluviale (Environement Agency, 2005 dans
Vernoux et al. 2010)
Les zones humides en continuité avec des cours d’eau et localisées à l’aplomb de
nappes alluviales sont donc en interaction directe avec les eaux souterraines.
L’idée de cette approche serait de définir les zones humides localisées dans un
contexte de nappe alluviale.
1) Identifier les masses d’eau de niveau 1 de type alluvions, c’est-à-dire contenant
les mots « alluvions », « alluviaux » ou « alluviales »,
2) Identifier les sites Natura 2000 localisés dans ces zones.
Les sites identifiés auraient alors un fort potentiel de dépendance aux eaux
souterraines.
4.2.2.
Zone intertidale, côtière ou riparienne
Les zones humides localisées dans les zones intertidales, côtières ou ripariennes de
masse d’eau de surface sont en forte interaction avec les eaux de surface.
Il s’agirait donc d’identifier :
1) les zones humides Natura 2000 en interaction avec des masses d’eau de
surface mais qui ne sont pas identifiées comme telles.
2) le lien entre masse d’eau souterraine et masse d’eau de surface.
Les zones humides Natura 2000 localisées dans l’environnement immédiat des
masses d’eau lacs, des masses d’eau côtières et des masses d’eau de transition
seraient sélectionnées en se basant sur un seuil de distance : le seuil proposé est de
100m.
50
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Pour les masses d’eau de surface du type cours d’eau, un critère supplémentaire de
pente est proposé en se basant sur le principe qu’au-delà d’une certaine pente les
écosystèmes ne sont plus en interaction avec les cours d’eau du fond de vallée. La
méthodologie proposée par Allier et al. (2010) est reprise. Il s’agit d’identifier les
sections transverses des cours d’eau (masses d’eau de surface) telles qu’elles
s’arrêtent dès que la pente rencontrée excède 45° ou dès lors que l’augmentation de
l’altitude est supérieure à 5, 15 ou 20 mètres (Illustration 29, Illustration 30). Au-delà de
ces sections, il est considéré une absence de lien entre l’écosystème identifié et la
masse d’eau de surface de type cours d’eau.
Illustration 29 : Schéma pour la recherche des sections transverses dans les axes de drainage
Illustration 30 : Exemple de recherche des sections transverses dans les axes de drainage
Cet outil a été appliqué à l’échelle de la France métropolitaine à toutes les branches du
réseau hydrographique (BDCarthage) ayant un ordre Shreve supérieur ou égal à 2.
Les ordres Strahler ont ensuite été utilisés pour déterminer le seuil de rupture (quand
l’ordre Strahler est supérieur ou égal à 5, l’augmentation d’altitude tolérée est de 20 m ;
pour un ordre égale à 3 ou 4, elle est de 15 m ; dans les autres cas, de 5 m). Les seuils
proposés nécessitent d’être testés voir ajustés si nécessaire afin de calibrer la
méthodologie proposée.
4.3. APPROCHE GEOLOGIQUE : CARTOGRAPHIE DE L’IDPR
La méthode de l’indice de développement et de persistance des réseaux (IDPR) est
proposée ici pour identifier de façon indirecte la capacité intrinsèque des formations du
sous-sol à laisser infiltrer ou ruisseler les eaux de pluie. L’idée est d’identifier les zones
où les formations seraient propices au ruissellement et indiqueraient indirectement un
développement des zones humides à la faveur des eaux de surface et seraient isolées
du milieu souterrain. Nous rappelons là encore qu’il s’agit de méthodes indirectes et
d’indicateurs de lien potentiel entre les milieux humides et les eaux souterraines. Une
convergence de critères indirects permettra de conclure au lien hydrodynamique avec
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
51
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
les eaux souterraines, alors que des critères divergents indiqueront les besoins de
données et d’études locales pour conclure.
L’IDPR se fonde sur l’analyse des réseaux hydrologiques et celle du modèle
numérique de terrain. Cette approche indirecte permet de s’affranchir de la
détermination de critères tels que la perméabilité de l’aquifère, la nature de la zone non
saturée et du sol, la cartographie des discontinuités, etc. Ces paramètres peuvent être
approchés à petite échelle mais difficile à estimer avec précision à l’échelle de la
masse d’eau. L’IDPR tend ainsi à unifier et simplifier l’approche géomorphologique
relative à la nature des formations de couverture des premières nappes rencontrées
(Allier et al, 2008).
Si des zones humides sont présentes dans des zones identifiées comme infiltrantes,
elles seraient a priori en connexion hydraulique avec les eaux souterraines. Par contre
des zones humides présentes dans des zones ruisselantes seraient alors isolées des
circulations souterraines (Illustration 31).
Illustration 31 : Cartographie du calcul de l’IDPR en France métropolitaine (2007). En rouge
sont indiquées les zones les plus infiltrantes et en vert les zones les plus ruisselantes
52
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
4.4. APPROCHE HYDROGEOLOGIQUE
4.4.1.
Sources d’eau souterraine
Une source par définition indique une eau d’origine souterraine. La localisation des
sources en France permettrait d’identifier si des zones humides, cours d’eau ou lacs
sont alimentées par des sources et permettrait de conclure à un lien avec les eaux
souterraines. L’importance de cette influence et ce lien pourrait être quantifiée par le
débit apporté par la source à l’hydrosystème considéré.
Un nouveau mode de recherche de données a été mis en place sur le portail national
d'Accès aux Données sur les Eaux Souterraines (http://www.ades.eaufrance.fr/, ADES)
il y a quelques mois. Il s’agit d’une recherche rapide « Je cherche quoi et où ? » qui est
disponible sous l’onglet « accès aux données » et le sous-onglet « recherche rapide ».
Il est donc possible de réaliser une recherche de données par nature du point d’eau,
notamment pour notre étude, les sources.
Dans ADES, les points d’eau libellé comme « source » répondent à la définition
suivante :
Lieu et phénomène d'apparition et d'écoulement naturel d'eau souterraine à la
surface du sol, assez bien individualisés et à l'origine en général d'un cours
d'eau de surface. Vasque d'eau formée par l'émergence. Sous ce terme
générique sont incluses les sources captées, karstiques et non captées ainsi
que les fontaines hors réseau de distribution. Source : Dictionnaire français
d'hydrogéologie, G. Castany et J. Margat (1977).
3 natures du point d’eau ont comme libellé ‘Source’ qui correspondent aux sources
captées, aux sources karstiques et ou sources non captées. 18252 sources ont été
identifiées (Illustration 32) et sont déclarées comme des sources captées. Cette liste
n’est pas exhaustive, elle ne référence que les sources d’eau déclarées comme telles
par les producteurs de données qui renseignent ADES. Elle demande à être complétée
par les connaissances locales à l’échelle des districts de bassin mais constitue une
première base de données pour identifier un potentiel lien entre écosystème de surface
et eau souterraine.
La première étape consiste à identifier les sources d’eau à l’origine d’un cours d’eau.
Pour ces masses d’eau de surface, si elles ont été identifiées comme reliées à un
écosystème terrestre de type Natura 2000, alors ce site a un lien potentiel avec les
eaux souterraines.
Une deuxième étape consiste à se baser sur les travaux de Howard et Merrifield
(2010) qui cartographient les sources d’eau souterraine et calculent la densité de
sources par hectare à l’échelle de l’unité hydrologique. Il attribue un score de 1 (faible)
à 4 (fort) basé sur les quartiles et indiquant un degré de dépendance aux eaux
souterraines. 0 indique l’absence de source. On propose d’utiliser cet indicateur à
l’échelle du site Natura 2000 et d’indiquer pour chaque site un degré de dépendance
aux eaux souterraines sur un critère « source ».
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
53
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 32 : Cartographie de 18252 sources captées en France et répertoriées dans ADES
4.4.2.
Affleurement de nappe
Certaines zones humides apparaissent à la faveur d’affleurement de la surface libre de
nappes dans des zones de dépression ou de rupture de pente. Ces zones humides
sont particulièrement dépendantes de la dynamique de la nappe sous-jacente et donc
fortement dépendantes des eaux souterraines.
Pour identifier ces sites dépendants des eaux souterraines parce qu’ils traduisent
l’affleurement d’une nappe, on se propose d’utiliser les résultats d’une étude récente
(Allier et al. 2011) qui a mis en évidence l’existence de zones sensibles aux remontées
de nappe (Illustration 34). Pour évaluer la sensibilité des nappes aux remontées, une
analyse multicritère a été menée après avoir déterminé un niveau moyen des nappes,
un battement maximum, un potentiel d’infiltration et après avoir analysé la cyclicité et
l’inertie des nappes. Cette analyse a été menée à partir de données hétérogènes et les
résultats obtenus sont avant tout des indicateurs de remontée de nappe potentielle.
54
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 33 : Carte de sensibilité aux remontées de nappe (Allier et al. 2011)
Le croisement entre la sensibilité aux remontées de nappe et la cartographie des
zones humides, permet d’identifier les zones humides localisées dans des zones de
sensibilité importante (nappe sub-affleurante, très élevée et élevée) où il y a un fort
potentiel de lien hydrodynamique de la zone humide avec les eaux souterraines.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
55
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
4.4.3.
Profondeur moyenne de la surface libre
En se basant sur le principe que si l’eau est présente, elle est disponible et utilisée par
la végétation alors il s’ensuit qu’une modification de la quantité ou de la qualité d’une
nappe d’eau souterraine présente dans la zone racinaire pourrait alors impacter les
écosystèmes superficiels. La présence de polluant pourrait influencer la végétation et
un abaissement significatif de la nappe supprimerait une source d’alimentation en eau
de la végétation, certaines espèces pourraient disparaître au profit d’autres espèces
plus adaptées au nouveau contexte hydrologique.
L’objectif de cette méthode est donc de croiser les informations relatives à la
profondeur de la nappe (épaisseur de la zone non saturée et zone de battement de la
nappe) avec des données sur la profondeur de la zone racinaire des espèces
présentes sur les sites Natura 2000.
Une étude récente (Allier et al. 2011) a calculé sur tout le territoire le niveau d’eau
moyen des nappes d’eau libre superficielles par croisement des données fournies par
les cartes piézométriques, les profondeurs d’eau de la banque de données du sous-sol
(BSS) et des données issues des piézomètres de la banque nationale ADES. Le
battement maximum de la nappe, qui caractérise la fluctuation extrême du niveau de la
nappe, a été calculé à partir des valeurs maximum et minimum enregistrées dans la
chronique piézométrique. Ce battement maximum a été calculé à partir des chroniques
piézométriques disponibles, des cartes piézométriques lorsque celles-ci présentent des
cartes hautes eaux et basse eaux pour une même étendue géographique et des
statistiques réalisées par unité fonctionnelle (surface homogène caractérisant un
même comportement hydrodynamique) sur les points d’eau de la BSS.
A l’issue de ce travail, deux cartes ont été produites : la profondeur du niveau moyen
des nappes (Illustration 34) et l’épaisseur de la zone de battement des nappes
(Illustration 35). Ces informations compte tenu de l’échelle de résolution, de l’origine
variée des données, des méthodes d’interprétation et d’interpolation utilisées ne sont
pas à prendre comme des données en tant que telles indiquant précisément la
profondeur moyenne de la nappe en tout point du territoire mais comme un indicateur
de la profondeur moyenne de la nappe.
56
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 34 : Carte du niveau moyen des nappes réalisée à partir de l'ensemble des données
ponctuelles (Allier et al. 2011)
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
57
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 35 : Carte du battement réalisé à partir de l'ensemble des données ponctuelles
(Allier et al. 2011)
Cette cartographie indicatrice de la profondeur moyenne de la nappe et de sa zone de
battement en France métropolitaine est à croiser avec la profondeur de la zone
racinaire.
La profondeur de la zone racinaire dépend grandement de l’espèce végétale
considérée. Canadell et al. (1996) recensent dans la littérature la profondeur maximum
de la zone racinaire sur près de 290 espèces végétales pour lesquelles elle peut varier
de 0,3m pour des espèces de toundra et jusqu’à 68m pour Boscia albitrunca au
Kalahari. En regroupant les espèces en 3 groupements fonctionnels, la profondeur
maximum des racines est de 71,2m pour les arbres, 5,10,8m pour les arbustes et
2,60,1m pour les plantes herbacées. Schenk et al. (2002) présentent un jeu de
données de 1300 enregistrements de taille du système racinaire couvrant les mêmes
ordres de grandeur de profondeur. Il serait pertinent de croiser les informations
disponibles sur la profondeur des systèmes racinaires par espèce, avec les espèces
végétales présentes sur le site et la profondeur moyenne et maximum de la surface
libre. La difficulté d’appliquer une telle méthode est la disponibilité de données et
d’informations sur les systèmes racinaires de chaque espèce.
58
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
L’extension racinaire de la végétation ne dépend pas que de l’espèce considérée mais
également de la distribution spatiale et temporelle de l’eau et des nutriments et des
propriétés physiques du sol. Il n’est donc pas possible de proposer un ordre de
grandeur pertinent de la profondeur d’un système racinaire à l’échelle d’un site, d’une
région ou d’un pays. Cependant on s’accordera à dire que plus la profondeur de la
nappe est faible, plus l’eau souterraine est susceptible d’être utilisée par la végétation.
On propose donc de fixer des seuils correspondant à des degrés de dépendance des
eaux souterraines.
A l’échelle de chaque site Natura 2000, on estime la valeur moyenne et l’écart-type du
niveau moyen de la nappe. En fonction de la profondeur moyenne estimée, un degré
de dépendance potentielle aux eaux souterraines pourrait alors être attribué, par
exemple :
- Entre 0 et 5 m : le degré de dépendance potentielle est élevé,
- Entre 5 et 15 m : le degré de dépendance est moyen,
- Au-delà de 15 m, le degré de dépendance est faible.
Ces seuils proposés de façon intuitive et arbitraire demandent à être calibrer sur des
sites connus afin d’ajuster cette échelle. Il apparait clairement que si la profondeur
moyenne de la nappe est entre 0 et 5 m, cela ne veut pas dire que le site en question
est fortement dépendant des eaux souterraines mais que la probabilité qu’il soit
dépendant des eaux souterraines est grande compte tenu de l’apparente accessibilité
de l’eau pour la végétation.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
59
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
5. Applications
A l’issue de cet inventaire de méthodes possibles (chapitre 4) pour caractériser le lien
entre eau souterraine et zone humide, la réunion du groupe « eau souterraine » a
proposé en juin 2012 de tester l’applicabilité de deux d’entre elles :
-
l’approche écologique basée sur l’identification d’habitats ou d’espèces
dépendantes des eaux souterraines (chapitre 5 ci-après) et,
l’approche hydrogéologique basée sur la profondeur de la zone non saturée
(chapitre 5.2).
Ces deux approches dont les résultats sont présentés ici ont été appliquées aux zones
protégées Natura 2000 uniquement sans distinction de la composante zone humide.
5.1. APPROCHE ECOLOGIQUE
L’approche écologique (paragraphe 4.1) est basée sur la présence ou non d’espèces
(plantes ou invertébrés) ou d’habitats dépendants des eaux souterraines sur les sites
Natura 2000. Leur présence peut indiquer l’existence d’un lien avec les eaux
souterraines. Il est important de préciser que l’absence d’une espèce ou d’un habitat
dépendant des eaux souterraines n’indique pas nécessairement l’absence de lien.
Résultats obtenus pour les sites Natura 2000 de type « Habitats »
Le croisement entre le réseau Natura 2000 et la liste des habitats et des espèces
dépendantes des eaux souterraines (Illustration 25, Illustration 26) permet de dresser
un tableau synthétique (Illustration 36) renseignant pour chacun des sites :


60
de la présence
o d’une plante (oui/non),
o d’un invertébré (oui/non) ou,
o d’un habitat (oui/non) dépendant des eaux souterraines,
et, dans les cas où un habitat a été identifié :
o la surface occupée (% de la surface totale du site) par les habitats
dépendants des eaux souterraines (Surf_Habitat) ;
o la surface occupée par ces habitats en fonction de leur degré de
sensibilité (extrême, élevé, moyen ou expertise) vis-à-vis des eaux
souterraines (%_extrême, %_élevé, %_moyen ou %_expertise).
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Code du site
FR1100795
FR1100796
FR1100797
FR1100798
FR1100799
FR1100800
FR1100801
FR1100802
FR1100803
FR1100805
FR1100806
FR1100810
FR1100812
FR1100814
FR1100819
FR1102004
FR1102005
FR1102006
FR1102007
FR1102008
FR1102009
FR1102013
FR1102014
FR1102015
FR1102016
Nom du site
Plante Invertébré
MASSIF DE FONTAINEBLEAU
non
non
FORÊT DE RAMBOUILLET
non
non
COTEAUX ET BOUCLES DE LA SEINE
non
non
LA BASSEE
non
non
HAUTE VALLEE DE L'ESSONNE
non
oui
PELOUSES CALCAIRES DE LA HAUTE
non
non
VALLEE DE LA JUINE
BASSE VALLEE DU LOING
non
oui
PELOUSES CALCAIRES DU GÂTINAIS
non
non
TOURBIERES ET PRAIRIES TOURBEUSES DE
non
non
LA FORÊT D'YVELINE
MARAIS DES BASSES VALLEES DE LA JUINE
non
oui
ET DE L'ESSONNE
BUTTES GRESEUSES DE L'ESSONNE
non
non
CHAMPIGNONNIERES D'ETAMPES
non
non
L'YERRES DE SA SOURCE A CHAUMES-ENnon
non
BRIE
LE PETIT MORIN DE VERDELOT A SAINTnon
non
CYR-SUR-MORIN
BOIS DE VAIRES-SUR-MARNE
non
non
RIVIERE DU DRAGON
non
non
RIVIERES DU LOING ET DU LUNAIN
non
non
BOIS DES RESERVES, DES USAGES ET DE
non
non
MONTGE
RIVIERE DU VANNETIN
non
non
CARRIERE DE MOCPOIX
non
non
CARRIERE DE DARVAULT
non
non
CARRIERE DE GUERVILLE
non
non
VALLEE DE L'EPTE FRANCILIENNE ET SES
non
oui
AFFLUENTS
SITES CHIROPTERES DU VEXIN FRANCAIS
non
non
CARRIERE SAINT NICOLAS
non
non
Habitat
oui
oui
oui
oui
oui
Surf_Habitat % extrême % élevé % moyen % expertise
3
1
1
1
11
4
2
2
3
3
2
1
28
5
23
2
1
0
0
1
oui
0
oui
non
9
0
5
oui
8
2
oui
51
11
oui
oui
1
100
oui
50
oui
0
oui
oui
oui
5
0
15
non
0
non
non
non
non
0
0
0
0
oui
38
non
non
0
0
4
2
4
20
20
1
100
50
5
15
2
0
7
29
Illustration 36 : Extrait de la table résultats de l’approche écologique
A partir de ce tableau, on identifie en France métropolitaine, sur 1369 sites Natura
2000 de type habitats :



18 sites où une plante dépendante des eaux souterraines a été identifiée ;
240 sites où un invertébré dépendant des eaux souterraines a été identifié ;
1068 sites où un habitat dépendant des eaux souterraines a été identifié ;
Soit 1086 sites avec au moins un habitat ou une plante ou un invertébré dépendant
des eaux souterraines mais seulement 5 sites où un habitat et un invertébré et une
plante sont identifiés.
Un ou plusieurs habitats dépendants des eaux souterraines ont été identifiés sur 1068
Natura 2000. Ils occupent, à l’échelle du site, une surface très variable allant de 0 à
100% de la superficie totale du site :





sur 100 sites, la surface occupée est nulle (probablement non délimitée) ou  à
1% de la surface totale du site ;
sur 711 sites, cette surface est > 0 et < 25% ;
sur 130 sites, cette surface  25% et < 50% ;
sur 63 sites, cette surface  50% et < 75% ;
sur 22 sites, cette surface  75% et < 90% ;
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
61
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres


sur 10 sites, cette surface  90% et < 100% ;
sur 32 sites, cette surface = 100% de la surface totale du site.
On distingue deux situations extrêmes :


Les sites réunissant 3 critères, la présence d’un habitat, d’une plante et d’un
invertébré. Ils sont peu représentés : 5 sites à l’échelle nationale dont 2 en
Rhône-Méditerranée et 3 en Loire Bretagne.
Les sites ne réunissant aucun critère, ni une plante, ni un habitat, ni un
invertébré dépendant des eaux souterraines : ils seraient alors considérés
comme a priori non dépendant des eaux souterraines et représentent 283
sites à l’échelle nationale soit environ 21% des sites Natura 2000 de type
habitats. Cette proportion est relativement homogène d’un district
hydrographique à l’autre (16,3 à 24,4%) à l’exception de la Corse (district E)
dont la proportion est plus élevée (44,8%). Deux arguments peuvent expliquer
cette différence :
o un contexte géologique de socle qui favoriserait des zones humides non
liées aux eaux souterraines :
o un biais dû à la méthode : les espèces et habitats identifiés sont issus
de la classification nationale britannique dont le contexte géographique
et climatologique est très différent de celui que l’on peut observer en
Corse. La liste des espèces et habitats ne serait alors pas adaptée et
surtout incomplète pour caractériser au mieux les sites corses.
Entre ces 2 extrêmes, on trouve près de 80% des sites présentant une grande diversité
de situations : le lien avec les eaux souterraines est identifié par la présence d’une
plante ou d’un invertébré ou d’un habitat. Et pour les habitats, la surface occupée par
ces habitats peu variées de 0 à 100% avec des degrés de sensibilité variable de
moyen à extrême (Tableau 1).
Cette analyse est menée pour chaque district hydrographique (Tableau 1). Les zones
Natura 2000 de type habitats qui ont été déclarées en tant que zones protégées de
type habitats lors du précédent rapportage (mars 2010) sont rattachés au(x) district(s)
pour le(s)quel(s) elles ont été rapportées. Si celles-ci n’ont pas été rapportées, elles
sont alors rattachées au district correspondant à leur localisation en prenant en compte
les zones transdistricts.
62
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
A
District
Nombre
de sites
sites hab.
par % surf
hab
total
plante
invertébré
habitat
plant + invert + hab
plant, invert, hab
0%
1 - 24 %
25 - 49 %
50 - 74 %
75 - 89 %
90 - 99 %
100%
B
C
D
E
F
G
H
France
Escaut Meuse
Rhône
Adour
Loire
Seine
métrop.
Rhin
Corse
Somme Sambre
Méditerranée
Garonne Bretagne Normandie
45
0
10
34
0
11
9
22
3
0
0
0
0
35
0
1
27
0
8
5
14
4
4
0
0
0
80
0
9
66
0
14
5
53
5
1
1
1
0
356
6
73
285
2
66
26
212
23
14
6
2
2
67
0
1
36
0
30
3
28
2
2
1
0
0
316
8
62
247
0
64
19
150
32
24
5
3
14
304
7
55
248
3
50
24
157
35
14
6
2
10
211
0
37
159
0
50
11
98
27
10
4
3
6
1369
18
240
1068
5
283
100
711
130
63
22
10
32
Tableau 1 : Répartition des sites Natura 2000 entre les différents districst hydrographiques en
fonction de l’identification d’une espèce ou d’un habitat dépendant des eaux souterraines
Les sites Natura 2000 de type « Oiseaux »
L’approche écologique s’est révélée ne pas être applicable directement aux sites
Natura 2000 de type oiseaux pour lesquels seules les espèces d’oiseaux sauvages
sont listées. En effet, l’inventaire des autres espèces animales ou végétales ni des
habitats naturels nécessaires à l’application de la méthode ne sont disponibles dans
les tables Natura 2000.
Cependant certains sites Natura 2000 de type oiseaux ont la même délimitation
géographique ou presque que des sites Natura 2000 de type habitats. De façon
indirecte, les résultats obtenus seraient en partie transposables et permettraient de
caractériser certains sites Natura 2000 de type oiseaux sur le lien avec les eaux
souterraines.
Parmi les 384 sites Natura 2000 de type Oiseaux, 64 ont une correspondance
géographique exacte avec un site Natura 2000 de type Habitats comme par exemple le
Massif de Fontainebleau (Illustration 37) ou encore le Causse du Larzac (Illustration
38). On identifie également 6 sites dont l’adéquation géographique dépasse 99%
comme par exemple le marais de Pagny-sur-Meuse (Illustration 39) ou encore le
plateau de Leucate (Illustration 40). Pour tous ces sites, les résultats de l’approche dite
écologique appliquée aux sites Natura 2000 de type habitats seraient transposables à
ceux de type oiseaux.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
63
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 37 : Cartographie du Massif de Fontainebleau du site Natura 2000 Habitat et Oiseau
dont les limites sont communes
Illustration 38 : Cartographie du Causse du Larzac du site Natura 2000 Habitats et Oiseaux dont
les limites sont communes
64
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 39 : Cartographie du marais du Pagny-sur-Meuse dont la différence entre le site
Natura 2000 Habitats et Oiseaux ne dépasse pas 1%
Illustration 40 : Cartographie du Plateau de Leucate dont la différence entre le site Natura 2000
Habitats et Oiseaux ne dépasse pas 1%
Certains SIC englobent complètement (Illustration 41) une ou plusieurs ZPS ; on en
distingue 26. Pour ces sites, si la couverture d’habitats liés aux eaux souterraines
couvrent 100% du SIC alors on peut transposer les résultats. Dans le cas contraire une
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
65
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
localisation des habitats identifiés comme liés aux eaux souterraines sera nécessaire
pour une transposition des résultats.
Illustration 41 : Cartographie de la Sologne, site Natura 2000 Habitats et de l’étang de Sologne,
site Natura 2000 Oiseaux
Certaines ZPS au contraire englobent complètement (Illustration 42) un SIC. On
distingue 45 sites dans ce cas pour lesquels les résultats obtenus sur le SIC seront
transposables à la partie commune entre la ZPS et le SIC.
Illustration 42 : Cartographie du site ZPS de Bassigny auquel se juxtaposent les sites habitats
Bois de Serquex et Forêt d’Harreville-les-Chanteurs
Pour les 243 sites restants, 66 ont été clairement identifiés comme ne présentant
aucune correspondance avec un SIC. De ce fait, pour ces sites là, cette approche
écologique n’est d’aucune utilité et il faudra envisager une autre méthode de
caractérisation du lien avec les eaux souterraines. Les 177 autres sites ont une
correspondance simple ou multiple avec un ou plusieurs SIC avec des surfaces de
recouvrement variables. Seule une localisation des aires reconnues comme liées aux
eaux souterraines permettront de caractériser un éventuel lien avec les eaux
66
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
souterraines des ZPS, les informations seules à l’échelle du SIC seront insuffisantes
pour conclure.
Limites d’application
L’approche écologique a permis de caractériser 1713 sites Natura 2000 sur 1753 en
identifiant la présence d’une espèce ou d’un habitat dépendant des eaux souterraines
et, dans le cas d’un habitat, de préciser l’occupation spatiale de celui-ci à l’échelle du
site en fonction du degré de sensibilité identifié (extrême, élevé, moyen ou expertise).
La difficulté porte ensuite sur l’interprétation à l’échelle du site. A partir de quel critère
peut-on dire qu’il y a un lien significatif entre l’écosystème terrestre que constitue le site
Natura 2000 et les eaux souterraines ? A partir de quel pourcentage de surface
couverte par un habitat de sensibilité extrême, élevée ou moyenne ? L’absence
d’indicateur est cohérente avec une absence de lien entre écosystème terrestre et eau
souterraine mais ne veut pas forcément dire qu’il n’y en a pas.
L’application de cette méthodologie repose sur une liste d’habitats et d’espèces
identifiés comme dépendants des eaux souterraines. La caractérisation des sites
repose entièrement sur cette liste or celle-ci a été établie d’après des travaux menés
en Grande-Bretagne. Bien que le climat anglo-saxon soit comparable au notre dans
des régions comme le nord et l’ouest de la France, il conviendra de dire qu’il diffère
grandement de celui régnant en Rhône-Méditerranée-Corse ou Adour-Garonne. Bien
qu’on n’ait pas identifié de différence significative entre les différents bassins
hydrographiques, il apparait évident que cette liste a besoin d’une vérification, d’une
validation et certainement d’être adaptée au contexte climatique français.
5.2. APPROCHE HYDROGEOLOGIQUE
Cette approche repose sur le principe que si l’eau est présente, elle est disponible et
utilisée par la végétation (paragraphe 4.4.3). Il s’ensuit qu’un changement quantitatif ou
qualitatif des eaux souterraines présentes dans la zone racinaire pourrait alors
impacter les écosystèmes superficiels. La présence de polluant pourrait influencer la
végétation et un abaissement significatif de la nappe supprimerait une source
d’alimentation en eau de la végétation, certaines espèces pourraient disparaître au
profit d’autres espèces plus adaptées au nouveau contexte hydrologique.
A partir de cette idée, le lien avec les eaux souterraines est d’autant plus probable que
la nappe est superficielle. Cette approche basée sur la profondeur moyenne de la
surface libre (Illustration 43) propose d’utiliser la cartographie nationale de la
profondeur de la zone saturée (Allier et al. 2011) réalisée précédemment au cours d’un
projet sur le risque de remontée de nappe à l’échelle nationale. Il s’agit de décliner
cette cartographie de l’échelle nationale à l’échelle du site, dans notre exemple ici le
site Natura 2000, et d’apporter des éléments de réponse à la question existe-t-il un
lien entre écosystème terrestre et eau souterraine ?
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
67
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Illustration 43 : Carte de la profondeur de la zone non saturée en France métropolitaine (Allier et
al. 2011)
Méthodologie
L’idée de cette approche est de dimensionner la profondeur moyenne de la zone non
saturée à l’échelle du site Natura 2000, et de voir s’il est possible de conclure ou
d’apporter des éléments de réponse quant au lien entre écosystème terrestre et eau
souterraine.
Pour se faire, deux approches sont proposées :
•
Une approche statistique simple :
Des valeurs telles que la moyenne, la médiane, le minimum et le maximum observé de
la profondeur de la zone non saturée sont calculées pour chaque site Natura 2000. Les
68
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
sites sont ainsi répartis en fonction des valeurs des médianes et des moyennes en 5
groupes de classes de profondeur :
ZNS  2 m
2 < ZNS  5 m
5 < ZNS  10 m
10 < ZNS  15 m
ZNS > 15 m
•
Une approche par classe de profondeur :
Il s’agit de prendre en compte la répartition spatiale de la profondeur de la zone non
saturée à l’échelle du site en évaluant la surface occupée par chacune des classes de
profondeur préalablement définies.
La donnée source est un raster de la profondeur de la zone non saturée définie à
l’échelle de la France métropolitaine avec une résolution spatiale de 100 m (Illustration
43). Dans un premier temps, le raster est reclassifier en cinq classes (ZNS  2 m ;
2 < ZNS  5 m ; 5 < ZNS  10 m ; 10 < ZNS  15 m ; ZNS > 15 m) identiques aux
classes de l’approche statistique. Ensuite, le raster est transformé en polygones ce qui
permet de définir des polygones de même classe. Dans un second temps, ces
polygones sont intersectés avec les zones Natura 2000 ce qui permet pour chaque
zone Natura 2000 de calculer la surface de chaque classe et la proportion qu’elle
occupe par rapport à la surface du site.
Résultats
•
Approche statistique : profondeur de la ZNS à l’échelle du site
Les sites Natura 2000 de type habitats (SIC) et oiseaux (ZPS) sont répartis entre les 5
classes préalablement définies en fonction de la valeur moyenne et de la valeur
médiane calculées sur chaque site. Les résultats obtenus sont réunis dans les tableaux
ci-après (Tableau 2, Tableau 3).
HABITAT - SIC
Classes de répartition
ZNS  2 m
2 < ZNS  5 m
5 < ZNS  10 m
10 < ZNS  15 m
ZNS > 15 m
en fonction de …
la moyenne
la médiane
100 SIC
216 SIC
108 SIC
63 SIC
79 SIC
70 SIC
79 SIC
93 SIC
767 SIC
691 SIC
Tableau 2 : Nombre de sites habitats identifiés par classe de profondeur en fonction de la
moyenne et de la médiane de la profondeur de la zone non saturée
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
69
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
OISEAU - ZPS
Classes de répartition
ZNS  2 m
2 < ZNS  5 m
5 < ZNS  10 m
10 < ZNS  15 m
ZNS > 15 m
en fonction de …
la moyenne
la médiane
30 ZPS
61 ZPS
34 ZPS
23 ZPS
33 ZPS
20 ZPS
23 ZPS
24 ZPS
174 ZPS
166 ZPS
Tableau 3 : Nombre de sites oiseaux identifiés par classe de profondeur en fonction de la
moyenne et de la médiane de la profondeur de la zone non saturée
La comparaison des résultats de classification en fonction de la médiane ou de la
moyenne de la profondeur de la zone non saturée des sites (1133 SIC et 294 ZPS)
montrent que les résultats sont convergents pour 233 ZPS (~ 79%) et 890 SIC
(~ 78%). Pour près de 20% des sites, il apparait que le traitement automatique des
données sur la profondeur de la zone non saturée donne de résultats différents si l’on
considère la moyenne ou la médiane de la profondeur de la zone non saturée. Pour
ces sites, une caractérisation plus détaillée s’avère nécessaire.
•
Approche par classe de profondeur
Un tableau synthétique permet de renseigner pour chaque site :


le nombre de classes observées et,
la surface couverte par chacune des classes.
Certaines classes s’avèrent ne pas être « significatives ». Un traitement est réalisé
pour définir le nombre de classes représentatives du site Natura 2000 et quelle classe
de profondeur est la plus représentée. Une classe est dite « représentative »
lorsqu’elle couvre au moins 5% du site Natura 2000.
La classification ainsi proposée définit :





1 seule classe représentative du site lorsque 4 classes couvrent une surface
inférieure à 5% et que la 5ème classe couvre une surface supérieure à 5% de la
surface totale du site ;
2 classes représentatives lorsque 3 classes sur 5 couvrent moins de 5% alors
que les 2 autres classes couvrent plus de 5% de la surface du site ;
3 classes représentatives lorsque 2 classes couvrent moins de 5% et 3 classes
couvrent plus de 5% de la surface totale du site ;
4 classes représentatives lorsque 1 classe couvre moins de 5% et les 4 autres
classes occupent plus de 5% du territoire du site ;
5 classes représentatives lorsque chacune des 5 classes couvrent plus de 5%
de la surface du site.
La classe la plus représentée est celle couvrant la plus grande surface et est celle
choisie pour caractériser le site. A partir de ce traitement, un classement en 5
70
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
catégories correspondant aux 5 classes proposées (ZNS  2 m ; 2 < ZNS  5 m ; 5 <
ZNS  10 m ; 10 < ZNS  15 m ; ZNS > 15 m) est réalisé pour les sites Natura 2000 de
type oiseaux (Tableau 4) et habitats (Tableau 5) en indiquant le nombre de sites pour
lesquels 1, 2, 3, 4 ou 5 classes sont représentatives ainsi que la classe la plus
représentée.
Les tableaux de résultats se lisent de la façon suivante :
-
-
91 sites de type Oiseaux (Tableau 4) sont caractérisés par une seule classe
représentative du site, parmi lesquels on en dénombre
o 16 où la classe représentative identifiée est « inférieure à 2 m » ce qui
signifie que pour ces 16 sites la profondeur de la surface libre est
inférieure à 2 m sur plus de 80% de la surface totale du site et,
o 19 où la classe représentative identifiée est « supérieure à 15m » ce qui
signifie que sur plus de 80% du site l’épaisseur de la zone non saturée
dépasse 15 m.
514 sites de type Habitats (Tableau 5) sont caractérisés par 5 classes de
profondeur, chacune occupant au moins 5 % de la surface totale du site Natura
2000, parmi ces sites on dénombre :
o 98 dont la classe dominante (c’est-à-dire occupant la plus grande
superficie) est « ZNS  2m » et,
o 114 où la classe dominante est « supérieure à 15m ».
303 ZPS - Site Natura 2000 Oiseau
ZNS  2 m
2 < ZNS  5 m
5 < ZNS  10 m
10 < ZNS  15 m
ZNS > 15 m
Total
1 Classe 2 Classes 3 Classes 4 Classes 5 Classes
16
0
0
0
92
22
1
0
2
32
21
5
2
2
16
13
3
5
1
16
19
1
4
2
28
91
10
11
7
184
Total
108
57
46
38
54
Tableau 4 : Répartition des ZPS en fonction du nombre de classes dites représentatives (c’està-dire occupant au moins 5% de la surface totale du site) et de la classe dite dominante (c’està-dire occupant la plus grande superficie à l’échelle du site)
891 SIC - Site Natura 2000 Habitat
ZNS  2 m
2 < ZNS  5 m
5 < ZNS  10 m
10 < ZNS  15 m
ZNS > 15 m
Total
1 Classe 2 Classes 3 Classes 4 Classes 5 Classes
44
0
0
0
98
56
3
2
6
125
61
13
5
5
87
53
1
14
6
90
96
1
8
3
114
310
18
29
20
514
Total
142
192
171
164
222
Tableau 5 : Répartition des SIC en fonction du nombre de classes dites représentatives (c’està-dire occupant au moins 5% de la surface totale du site) et de la classe dite dominante (c’està-dire occupant la plus grande superficie à l’échelle du site)
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
71
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Force est de constater que les sites à 2, 3 et 4 classes sont assez peu représentés,
une prédominance des sites à 1 classe ou à 5 classes apparait que ce soit pour les
sites Natura 2000 de type Oiseaux et de type Habitats. Ensuite la classe « ZNS 
2 m » est la plus représentée (108 sites) pour les sites de type Oiseaux mais cette
prédominance ne retrouve pas pour les sites de type Habitats. La répartition entre les
différentes classes est relativement homogène avec 15 à 25% des SIC pour chacune
d’elle.
Il apparait que 91 ZPS et 310 SIC ne sont représentés que par une seule classe.
L’interprétation en termes de profondeur de la zone non saturée est relativement
simple à partir de la classe dite représentative qui permet alors une interprétation à
l’échelle du site sur la question d’un lien avec les eaux souterraines.
Pour une zone non saturée peu profonde (inférieure à 2 m), un lien potentiel avec les
eaux souterraines peut être établi. Pour une zone non saturée profonde (supérieure à
15 m), un lien entre les écosystèmes terrestres et les eaux souterraines semble
pouvoir être écarté. Pour les classes intermédiaires, des indicateurs complémentaires
seraient nécessaires pour conclure sur un lien avec les eaux souterraines.
Limites d’application
•
Résolution spatiale de la grille
La cartographie de la profondeur de zone non saturée (Illustration 43) n’est pas une
donnée en tant que telle mais une interprétation et une interpolation de données
d’origines très variées. Il s’agit d’un indicateur moyen de la profondeur moyenne de la
zone non saturée. La résolution spatiale de la grille de la zone non saturée à l’échelle
nationale est de 100 m. Cette résolution implique que les sites de petite taille (petit
périmètre et/ou faible superficie) ne pourront être caractérisés par une telle approche. Il
est important de distinguer la résolution spatiale d’une carte et son échelle d’utilisation.
Compte tenu de la résolution spatiale du raster (100 m X 100 m), un seuil minimum
d’utilisation de 4 pixels est proposé. Les sites dont le périmètre sera inférieur à 800 m
et dont la surface sera inférieure à 40 000 m² n’ont pas été pris en compte par cette
approche. Le réseau Natura 2000 compte 384 sites de type Oiseaux et 1369 de type
Habitats. Parmi eux, 61 de types Oiseaux et 2 de type Habitats ont ainsi été écartés.
Le seuil de 4 pixels est un seuil minimum d’utilisation, il est important de garder à
l’esprit que les résultats obtenus sont d’autant plus critiquables que le site sera petit.
En effet, les statistiques calculées à partir d’une grille résolution (100 m X 100 m) se
font sur une surface qui intersecte le site Natura 2000 avec la contrainte d’être un
multiple de 10 000 m² correspondant à la surface d’un pixel. L’approximation de cette
surface implique un biais par rapport à la surface réelle du site Natura 2000, ce biais
étant d’autant plus significatif pour les sites de faible superficie. Cette surface dite de
calcul statistique peut être inférieure à la surface réelle avec l’exemple du Bois de la
Cote à Nogent-en-Bassigny (Illustration 44 : surface réelle 94 196 m² > surface de
calcul 70 000 m²) ou supérieure avec l’exemple du Val Eglantier (Illustration 45 :
surface réelle 99 357 m² < surface de calcul 120 000 m²). Cette différence est
considérée comme significative lorsqu’elle excède 10%. Les sites pour lesquels le
72
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
rapport entre la surface de calcul et la surface réelle du site excède 110% ou est
inférieure à 90% sont écartés de l’évaluation et concernent 163 SIC et 84 ZPS.
Illustration 44 : Délimitation du site Habitat du « bois de la côte de Nogent-en-Bassigny »
(FR2100325) par rapport à la grille de résolution 100m X 100m de la profondeur de la ZNS
Illustration 45 : Délimitation du site Habitat du « Val Eglantier » (FR2300147) par rapport à la
grille de résolution 100m X 100m de la profondeur de la ZNS
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
73
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
•
Domaine maritime
La profondeur moyenne de la zone non saturée est définie sur tout le continent (France
métropolitaine et Corse) mais n’est logiquement pas interprétée sur le domaine
maritime or plusieurs sites Natura 2000 sont délimités sur des zones côtières voir
intégralement marines.
L’adjectif « terrestre » dans la notion d’écosystème terrestre est utilisé par opposition à
aquatique. Les écosystèmes « aquatiques » ne réclament donc pas l’identification de
lien avec les eaux souterraines dans le cadre de la DCE. Le registre des zones
protégées comprend les zones de protection des habitats et des espèces
« pertinents » désignés dans le cadre de la directive Habitats et de la directive
Oiseaux. Il apparait donc que les zones protégées ou écosystèmes terrestres délimités
en mer ne sont pas à prendre en compte pour la détermination d’un lien avec les eaux
souterraines : 6 sites Natura 2000 de type oiseaux et 34 de type habitats sont
entièrement délimités en mer.
La difficulté porte alors sur les sites délimités entre terre et mer et la zone non saturée
n’est alors définie que sur la partie terrestre (Illustration 46). Seuls les sites pour
lesquels la zone non saturée est définie sur au moins 75% de la surface du site ont
alors été pris en compte.
Illustration 46 : Site Natura 2000 du Guisseny (Habitat FR5300043) est délimité à cheval sur le
continent là où la profondeur de la zone non saturée est déterminée (en bleu) et le milieu marin
(en blanc)
74
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Comparaison des 2 approches : statistique et par classe de profondeur
L’approche statistique est plus globale et permet avec un calcul simple et rapide
d’estimer une valeur moyenne et médiane de la profondeur de la zone non saturée à
l’échelle du site. L’approche par classe de profondeur permet de mieux décrire la
répartition de la profondeur de la zone non saturée à l’échelle du site et d’en affiner
l’interprétation.
Les résultats de cette comparaison montrent que :
Pour les 384 ZPS, sites de type Oiseaux




81 sites ne sont pas caractérisés par l’approche par classe et ni par l’approche
statistique ;
9 sites sont caractérisés par l’approche par classe mais pas par l’approche
statistique ;
213 sites montrent des résultats identiques entre l’approche par classe et
l’approche statistique (moyenne et médiane) :
o 30 avec la ZNS  2m,
o 166 avec la ZNS > 15m,
o 17 pour d’autres classes de ZNS (2-5m ; 5-10m ; 10-15m) ;
81 sites ont des résultats différents entre les 2 interprétations (statistique et par
classe) avec le constat que cette divergence est plus fréquente avec l’indicateur
moyenne (40 sites) que l’indicateur médiane (6 sites). Pour 34 sites, les
résultats divergent de l’approche statistique pour l’indicateur moyenne et
médiane.
Pour les 1369 SIC, sites de type Habitats




178 sites ne sont pas caractérisés par l’approche par classe et ni par l’approche
statistique ;
58 sites sont caractérisés par l’approche par classe mais pas par l’approche
statistique ;
830 sites montrent des résultats identiques entre l’approche par classe et
l’approche statistique (moyenne et médiane) :
o 100 avec la ZNS  2m,
o 689 avec la ZNS > 15m,
o 41 pour d’autres classes de ZNS (2-5m ; 5-10m ; 10-15m) ;
303 sites ont des résultats différents entre les 2 approches avec le constat là
encore que cette divergence est plus fréquente avec l’indicateur moyenne (124
sites) que l’indicateur médiane (61 sites). Pour 118 sites, les résultats de
l’approche par classe divergent de l’approche statistique pour l’indicateur
moyenne et médiane.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
75
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
Cette comparaison des 2 approches sur la même source de données montrent la
divergence des interprétations possibles entre un outil de moyenne à l’échelle d’un site
et un outil qui prend plus en compte la variabilité spatiale de répartition de la
profondeur de la zone non saturée. Il apparait cependant que pour près de 58% des
sites Natura 2000 les résultats sont identiques entre l’approche statistique (moyenne et
médiane) et l’approche par classe. L’outil statistique médiane est plus représentatif
d’une certaine variabilité spatiale à l’échelle du site et semble plus adapté comme
estimateur que la moyenne. Il reste, hormis les sites pour lesquels aucun classement
n’a été proposé, près de 22% des sites pour lesquels les résultats sont différents d’une
approche à l’autre. Pour ces sites, le traitement automatique des données ne donnent
pas de résultats pertinents et le traitement au cas par cas reste nécessaire.
5.3. COMPARAISON DES APPROCHES : ECOLOGIQUE ET
HYDROGEOLOGIQUE
5.3.1.
Comparaison des résultats
Pour chaque site Natura 2000, l’approche écologique a permis d’identifier la présence
d’un habitat, d’un invertébré ou d’une plante dépendant des eaux souterraines.
L’interprétation des données de profondeur de la zone non saturée a permis de
caractériser chacun de ces mêmes sites selon une classe de profondeur ( 2m ; entre
2 et 5m ; entre 5 et 10m, entre 10 et 15m et >15m) en fonction de la superficie
représentée par cette classe (approche par classes de profondeur) ou par une valeur
moyenne ou médiane (approche statistique) de la profondeur de la zone non saturée.
L’ensemble de ces résultats est réuni au sein d’une table qui permet leur comparaison
et de constater :




76
385 sites Natura 2000 n’ont pas été caractérisés par l’une des 2 approches :
o 32 sites ZPS par l’approche écologique ;
o 345 sites par l’approche zone non saturée ;
o 8 par les 2 approches.
Pour 199 sites, les résultats convergent vers une absence de lien avec les
eaux souterraines :
o aucun indicateur écologique, un habitat, une plante ou un invertébré
dépendant des eaux souterraines, n’a été identifié et,
o la nappe apparait profonde à l’échelle du site, c’est-à-dire l’épaisseur de
la zone non saturée est supérieure à 5 m.
Pour 280 sites, les résultats convergent vers l’existence d’un lien avec les
eaux souterraines :
o au moins un indicateur écologique (plante, habitat ou invertébré) a été
identifié et,
o la nappe apparait peu profonde, c’est-à-dire inférieure à 5 m.
Pour 55 sites, les résultats sont cohérents mais peu concluants et ne
permettent pas de diagnostiquer un lien entre le site et les eaux souterraines :
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
o

les contraintes sur la profondeur de la nappe sont insuffisantes : ZNS
entre 2 et 10 m ou ZNS < 10 m avec présence ou pas d’un indicateur
écologique (plante, invertébré et/ou habitat) ou,
o la nappe est peu profonde (ZNS < 5 m) et il n’y a pas d’indicateur
écologique sur un éventuel lien entre eau souterraine et écosystème
terrestre.
Pour ces sites des investigations complémentaires localisées à l’échelle du site
seraient nécessaires pour caractériser ce lien.
Pour 834 sites, les résultats des 2 approches ne convergent pas avec la
présence d’un indicateur écologique (habitat, invertébré ou plante) et
l’indication d’une nappe profonde (supérieure à 5 m).
o Pour 211 sites, une plante ou un invertébré considéré comme fortement
sensible à un changement qualitatif ou quantitatif des eaux souterraines
a été identifié mais la présence d’une nappe à plus de 5 m n’est pas
cohérente avec cette indication ;
o Pour 185 sites, l’habitat dépendant des eaux souterraines est le seul
indicateur écologique et ne couvre pas plus d’1% de la surface du site,
pour ces sites on pourrait conclure à l’absence d’un lien avec les eaux
souterraines ;
o Pour 299 sites, l’habitat dépendant des eaux souterraines, seul
indicateur écologique, couvre entre 1 et 10% de la surface du site avec
la présence d’habitat dont la dépendance est extrême mais la part
identifiée comme nécessitant une expertise est souvent loin d’être
négligeable. Il est difficile de conclure en dehors du cas par cas.
Pour ces 834 sites, les résultats n’apparaissent pas converger mais ne sont pas non
plus tous complètement divergents dans leurs conclusions. Les différentes
informations nécessitent d’être traitées en détail pour chaque site. La seule présence
d’un habitat ou d’une espèce dépendant des eaux souterraines ne suffit pas. Pour
l’habitat, il est nécessaire de prendre en compte la surface occupée par cet habitat et
le degré de dépendance, de sensibilité à une modification des eaux souterraines.
Il apparait tout de même que pour 479 sites (27% des sites Natura 2000), les résultats
convergent et permettent de conclure sur l’existence d’un éventuel lien avec les eaux
souterraines. Parmi les 834 sites où les résultats ne convergent pas, les indications
réunies permettent tout de même au cas par cas de conclure sur un lien sans
investigations complémentaires de terrain ou d’acquisition de données. Il apparait
vraisemblable de pouvoir établir l’existence d’un lien ou non avec les eaux souterraines
pour près de 40% des sites Natura 2000 avec uniquement une combinaison de ces 2
approches : l’approche écologique et l’approche basée sur la profondeur de la zone
non saturée.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
77
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
5.3.2.
Limite de l’approche écologique
L’approche écologique s’est révélée ne pas être applicable aux sites Natura 2000 de
type oiseaux compte tenu du fait que les habitats et les espèces autres que oiseaux ne
sont pas décrits dans les tables Natura 2000 de ces sites. Elle est transposable en
partie par croisement géographique entre les sites habitats et oiseaux mais ne permet
pas de caractériser la totalité des sites.
Cette approche écologique permet d’identifier la présence ou non d’une espèce
(plante/invertébré) ou d’un habitat dépendant des eaux souterraines et pour les
habitats dépendants de préciser la surface occupée et le degré de sensibilité identifié.
La question difficile porte sur l’intégration à l’échelle du site : comment, à partir de ces
informations, dire si le site est dépendant ou non des eaux souterraines ? L’absence
d’espèces et d’habitats pourrait conduire à l’absence de dépendance mais cette
absence est-elle avérée (il est certain qu’ils sont absents) ou cette absence est
simplement le reflet d’une lacune dans l’inventaire. Lorsque une espèce et/ou un
habitat est identifié comme présent à quel moment conclut-on à un lien avec les eaux
souterraines ? Lorsque les 2 sont présents ? Seulement un des deux suffit ? Prend-on
en compte la surface occupée par les habitats dépendants des eaux souterraines ?
Ainsi que le degré de sensibilité ?
A cela il faut ajouter le biais introduit par rapport à la liste des espèces et des habitats
utilisée sur laquelle repose l’application de cette méthode écologique. En effet, les
espèces et les habitats identifiés comme dépendants des eaux souterraines sont issus
de la classification nationale britannique dont le contexte géographique et climatique
apparait comparable dans le nord et l’ouest de la France mais discutable pour le reste
du pays comme le pourtour méditerranéen par exemple. Cette liste a besoin d’être
validée et surtout enrichie par des experts dans le domaine afin que les résultats
obtenus de caractérisation des sites reposent sur des bases solides.
5.3.3.
Limite de l’approche hydrogéologique
L’approche hydrogéologique a montré ses limites pour les sites délimités tout ou en
partie en milieu marin où la zone non saturée n’est clairement pas déterminée.
Cependant il s’agit d’identifier les écosystèmes « terrestres » dépendants des eaux
souterraines ce qui permet de s’affranchir de ce problème pour les sites entièrement
délimités en milieu marin. La question se pose pour les sites délimités entre terre et
mer.
Cette approche repose sur une donnée de base qu’est la détermination de la
profondeur de la surface libre sur toute la France métropolitaine avec une résolution
spatiale de 100m. Les limites d’échelle se posent rapidement pour les sites de petite
taille : un seuil de 4 pixels a été fixé, les sites de moins de 800 m de périmètre et de
moins de 40 000 m² n’ont pas été pris en compte. Il apparait que la confiance accordé
aux résultats obtenus sera d’autant plus faible que les sites seront petits. Il est
important de garder à l’esprit que cette méthodologie repose sur des données
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
79
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
interpolées à l’échelle nationale, qu’il ne s’agit pas de données directes, de mesures
sur le terrain.
Deux traitements de la donnée interpolée ont été proposés. (1) Le premier simple et
rapide est un calcul statistique à l’échelle du site qui permet d’avoir rapidement une
valeur moyenne et médiane de la profondeur de la surface libre à l’échelle du site. Les
résultats convergent pour les sites relativement homogènes en termes de profondeur
de la surface libre. Pour une meilleure caractérisation des sites plus hétérogènes, une
étude de la distribution par classe de profondeur de la surface libre a été proposée en
identifiant le nombre de classes et la surface occupée par chaque classe. Pour chacun
des 2 traitements, 5 classes de profondeur ont été choisies :





classe 1  2m
2m < classe 2  5m
5m < classe 3  10m
10m < classe 4  15m
classe 5 > 15m
La difficulté est de conclure quand les résultats sont divergents sur la « classe
représentative ». Même lorsque les résultats convergent, qu’en est-il du lien avec les
eaux souterraines ? Si la profondeur moyenne de la surface libre est inférieure ou
égale à 2m, on peut conclure sur l’existence d’un lien potentiel. Si cette profondeur
moyenne est supérieure à 15m, l’absence de lien semble cohérente. Mais s’il s’agit de
profondeurs intermédiaires entre 2 et 15 m, que conclure ? Cette approche demande à
être complétée par d’autres sources de données. Les classes de profondeur sont
indicatives et reflètent des valeurs moyennes interprétées. Des données
complémentaires comme la piézométrie locale renseigneraient sur le battement de la
nappe entre hautes eaux et basses eaux. En effet, l’interprétation du lien avec les eaux
souterraines serait différente entre une nappe profonde de faible amplitude et de forte
amplitude, celle-ci pourrait affleurer une partie de l’année bien que la classe de
profondeur « représentative » identifiée serait la même.
80
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
6. Conclusion
Cette étude a contribué à décrire les zones humides dans le cadre de la DCE et à
établir une typologie en fonction des objectifs environnementaux à atteindre de la DCE.
Lorsque les zones humides appartiennent au réseau Natura 2000, elles entrent dans le
registre des zones protégées de type habitats ou oiseaux. Il est alors nécessaire pour
répondre aux objectifs de la DCE de caractériser le lien entre ces zones humides et les
masses d’eau souterraine. L’importance du lien entre zone humide et masse d’eau
n’est pas le seul privilège des zones protégées. La DCE impose que les écosystèmes
terrestres dépendants des eaux souterraines ne soient pas dégradés significativement
par une qualité ou une quantité dégradée des eaux souterraines. En identifiant
l’existence d’un lien dynamique entre zone humide et masse d’eau souterraine, on
identifie alors ces écosystèmes terrestres dépendants des eaux souterraines.
Dans sa gestion intégrée de l’eau, la DCE prend en compte i) les interactions entre les
différents hydrosystèmes, ii) la dégradation potentielle de la qualité et quantité des
eaux de surface par les eaux souterraines, par exemple : intrusion d’un biseau salée,
dégradation d’une rivière par transfert de polluant venant des eaux souterraines ou
assèchement d’un marais dû à une exploitation excessive d’un aquifère.
Des travaux menés sur le lien entre eau de surface et eau souterraine, sur
l’identification des écosystèmes terrestres dépendants des eaux souterraines et la
connaissance actuelle des milieux humides ont permis de proposer plusieurs
approches méthodologiques dont le but est de caractériser le lien entre zone humide et
masse d’eau souterraine en fonction de l’écologie, l’hydrogéologie, la géomorphologie
et la géologie. Ces approches individuellement ne prennent en compte qu’un seul
aspect du lien zone humide – eau souterraine mais ensemble elles permettent d’avoir
une approche multicritère et une connaissance plus enrichie. Les méthodes
présentées ici sont des propositions pour un traitement homogène de la question du
lien entre zone humide et eau souterraine à l’échelle nationale et l’objectif est de préremplir les tables du rapportage là où des lacunes importantes ont été observées. En
aucun cas, il s’agit de remplacer l’expertise locale et le travail déjà fait au sein des
agences de bassins. De plus, certaines de ces méthodes fixent des niveaux de
sensibilité aux eaux souterraines qui pourront être ajustés au moment du traitement,
l’objectif étant de proposer une méthodologie homogène à l’échelle du territoire.
Cette méthodologie a été prioritairement appliquée sur les zones humides du réseau
Natura 2000 compte tenu des informations disponibles sur ces sites et du caractère
prioritaire de ces zones dans le cadre de la DCE qui sont déclarées dans le registre
des zones protégées. Cependant cette méthodologie, à termes, pourra être utilisée sur
tous les types de zones humides ou si les données sont manquantes permettra de
cibler les données nécessaires à acquérir pour répondre à la question du lien entre
zone humide et eau souterraine.
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
81
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
82
BRGM/RP-61677-FR – Rapport final
Proposition d’une méthodologie d’identification des liens entre eau souterraine et écosystèmes terrestres
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Centre scientifique et technique
Direction Eau, Environnement, Ecotechnologie
3, avenue Claude-Guillemin
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